JP2003326483A - 移動ロボットの姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脚式などの移動ロボットが作業の対象物から
予期せぬ反力を受けるときなども、動バランスを維持し
てロボットが不安定になるのを防止すると共に、対象物
の運動に影響を与えないようにした移動ロボットの姿勢
制御装置を提供する。 【解決手段】 目標全床反力中心点に作用する対象物反
力偏差モーメントを操作方向成分和と非操作方向成分和
に分離し、非操作方向成分和によって発生する動力学的
アンバンランスを、その一部は対象物平衡制御装置２０
２の動作によって打ち消し、残部を、目標全床反力中心
点に作用する目標対象物反力モーメント操作方向成分和
を修正することにより、具体的には腕部リンクの動作を
修正して前記操作方向成分和を変化させることによって
打ち消す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は移動ロボットの姿
勢制御装置に関し、特に、腕部を備える２足の脚式移動
ロボットあるいは車輪式の移動ロボットの姿勢制御装置
において、ロボットが腕を介して対象物から反力を受け
るような作業を行なっているときの姿勢安定化を図るよ
うにした姿勢制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動ロボットの中の脚式移動ロボットの
姿勢制御装置としては、本出願人が先に提案した特開平
１０−２３０４８５号公報に記載される技術が知られて
いる。その技術においては、対象物から予期せぬ反力を
受けると、長期的にはロボットの上体の位置をずらすよ
うに姿勢を徐々に修正することによってロボット全体の
重心位置をずらし、補償のための重力モーメントを発生
させて動バランス、即ち、動力学的に釣り合うバランス
を維持すると共に、それまでの過渡期においては、目標
床反力中心点（目標ＺＭＰに一致している）まわりに補
償のための全床反力モーメントを発生させるように足部
を動かして踏み止めさせることによって、動バランスを
維持するように構成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、上記した
従来技術においては、対象物から受ける予期せぬ反力が
急激に変化した場合には、その瞬間では（短期的に
は）、足部を動かして踏み止めさせることによって動バ
ランスを維持する、即ち、全床反力モーメントを発生さ
せることによって姿勢安定化が図られる。

【０００４】また、本出願人は、対象物からの反力を受
ける受けないに関わらず、ロボットの姿勢が傾いている
ときに、これを復元させるためのモーメントを全床反力
モーメントとして積極的に発生させる技術も提案してい
るが（特開平１０−２７７９６９号公報）、いずれの技
術においても、全床反力モーメントには限界があり、そ
れを越えて全床反力モーメントを発生させようとする
と、足部の一部が床から浮いてしまい、その結果、ロボ
ットは動バランスを崩し、最悪の場合には転倒する恐れ
があった。

【０００５】また、本出願人は、全床反力モーメントを
発生させる代わりに上体の軌道を修正することによって
動バランスを維持する技術も提案しているが（特許第３
２６９８５２号公報）、かかる技術にあっては足の着地
位置などを修正する必要があるため、腕で対象物に対す
る作業を行なっているとき、上体や足が作業に適切な位
置から離れてしまう場合があった。

【０００６】また、対象物になんらかの運動を与えるよ
うな作業を行なう場合にあっては、作業を所期通り遂行
するためには、動バランスを維持したり、あるいは傾い
た姿勢の復元を行なっても、対象物の運動に影響を与え
ないことが望ましい。

【０００７】従って、この発明の第１の目的は、上記し
た不都合を解消することにあり、移動ロボットが対象物
から反力をうけるような作業を行っているとき、姿勢が
不安定になったり、あるいは対象物から予期せぬ反力を
受けても、動バランスを維持して安定な姿勢を保持する
ようにした移動ロボットの姿勢制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】さらには、移動ロボットが対象物から反力
をうけるような作業を行っているとき、姿勢が不安定に
なったり、あるいは対象物から予期せぬ反力を受けて
も、接地する床から作用される床反力を操作することな
く、あるいはその操作量を低減しつつ、動バランスを維
持して安定な姿勢を保持するようにした移動ロボットの
姿勢制御装置を提供することを第２の目的とする。

【０００９】さらには、移動ロボットが対象物から反力
をうけるような作業を行っているとき、姿勢が不安定に
なったり、あるいは対象物から予期せぬ反力を受けて
も、対象物の運動に影響を与えることなく動バランスを
維持して安定な姿勢を保持するようにした移動ロボット
の姿勢制御装置を提供することを第３の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１項においては、少なくとも基体と、移
動機構と、対象物に力を作用することができる、少なく
とも１個の腕部リンクからなる移動ロボットの姿勢制御
装置において、想定外の外力が作用するとき、前記想定
外の外力の、ある所定方向の成分である第１の外力に応
じ、前記所定方向に直交する方向に前記腕部リンクに第
２の外力が作用するように、前記腕部リンクを駆動して
前記ロボットの姿勢を安定させるように制御する如く構
成した。

【００１１】移動ロボットの姿勢制御装置において、想
定外の外力が作用するとき、想定外の外力の、ある所定
方向の成分である第１の外力に応じ、所定方向に直交す
る方向に腕部リンクに第２の外力が作用するように、腕
部リンクを駆動して前記ロボットの姿勢を安定させるよ
うに制御する如く構成したので、移動ロボットが対象物
から反力をうけるような作業を行っているとき、姿勢が
不安定になったり、あるいは対象物から予期せぬ反力を
受けても、動バランスを維持して安定な姿勢を保持する
ことができる。

【００１２】請求項２項にあっては、少なくとも基体
と、移動機構と、対象物に力を作用することができる、
少なくとも１個の腕部リンクからなる移動ロボットの姿
勢制御装置において、少なくとも前記ロボットの目標腕
部リンク位置姿勢と、前記対象物から前記腕部リンクに
作用する対象物反力の目標値である目標対象物反力から
なる目標動作を生成する目標動作生成手段、前記対象物
反力の実際値である実対象物反力を検出あるいは推定す
る実対象物反力検出手段、少なくとも前記検出あるいは
推定された実対象物反力に基づき、前記ロボットの姿勢
が安定するように前記目標動作を修正する姿勢安定化制
御手段、および少なくとも前記修正された目標動作に基
づいて前記腕部リンクを駆動する腕部駆動装置を備える
如く構成した。

【００１３】移動ロボットの姿勢制御装置において、少
なくともロボットの目標腕部リンク位置姿勢と、対象物
から腕部リンクに作用する対象物反力の目標値である目
標対象物反力からなる目標動作を生成し、対象物反力の
実際値である実対象物反力を検出あるいは推定し、少な
くとも検出あるいは推定された実対象物反力に基づき、
ロボットの姿勢が安定するように目標動作を修正し、修
正された目標動作に基づいて腕部リンクを駆動する腕部
駆動装置を備える如く構成したので、移動ロボットが対
象物から反力をうけるような作業を行っているとき、姿
勢が不安定になったり、あるいは対象物から予期せぬ反
力を受けても、動バランスを維持して安定な姿勢を保持
することができる。さらには、対象物の運動に影響を与
えることなく、動バランスを維持して安定な姿勢を保持
することができる。

【００１４】請求項３項にあっては、前記姿勢安定化制
御手段は、少なくとも前記実対象物反力と前記目標対象
物反力との差を示す対象物反力偏差に基づき、前記ロボ
ットの姿勢が安定するように前記目標動作を修正する如
く構成した。

【００１５】少なくとも実対象物反力と目標対象物反力
との差を示す対象物反力偏差に基づき、ロボットの姿勢
が安定するように目標動作を修正する如く構成したの
で、上記した効果を一層良く得ることができる。

【００１６】請求項４項にあっては、前記姿勢安定化制
御手段は、前記対象物反力偏差の第１の成分によって発
生する転倒力の全部あるいは一部を、前記第１の成分か
ら得られる第２の成分によって打ち消すように、前記目
標動作を修正する如く構成した。

【００１７】対象物反力偏差の第１の成分によって発生
する転倒力の全部あるいは一部を、第１の成分から得ら
れる第２の成分によって打ち消すように、目標動作を修
正する如く構成したので、上記した効果を一層良く得る
ことができる。

【００１８】請求項５項にあっては、少なくとも基体
と、移動機構と、対象物に力を作用することができる、
少なくとも１個の腕部リンクからなる移動ロボットの姿
勢制御装置において、少なくとも前記ロボットの目標腕
部リンク位置姿勢と、前記対象物から前記腕部リンクに
作用する対象物反力の目標値である目標対象物反力から
なる目標動作を生成する目標動作生成手段、前記ロボッ
トの姿勢傾き偏差を検出し、前記検出した姿勢傾き偏差
が零に近づくように前記目標動作を修正する姿勢安定化
制御手段、および少なくとも前記修正された目標動作に
基づいて前記腕部リンクを駆動する腕部駆動装置を備え
る如く構成した。

【００１９】移動ロボットの姿勢制御装置において、少
なくともロボットの目標腕部リンク位置姿勢と、対象物
から腕部リンクに作用する対象物反力の目標値である目
標対象物反力からなる目標動作を生成すると共に、ロボ
ットの姿勢傾き偏差を検出し、検出した姿勢傾き偏差が
零に近づくように目標動作を修正し、修正された目標動
作に基づいて腕部リンクを駆動する如く構成したので、
移動ロボットが対象物から反力をうけるような作業を行
っているとき、姿勢が不安定になったり、あるいは対象
物から予期せぬ反力を受けても、動バランスを維持して
安定な姿勢を保持することができる。さらには、対象物
の運動に影響を与えることなく、動バランスを維持して
安定な姿勢を保持することができる。

【００２０】尚、特許請求の範囲および発明の詳細な説
明欄において、『移動ロボット』は腕部リンク以外に対
象物反力を受ける移動ロボットも含む意味で使用する。
また、『腕部リンク』に関し、脚部リンクであっても、
作業対象物に作用するものであれば、腕部リンクとみな
すこととする。例えば、昆虫型の６個の脚部リンクを備
えたロボットにおいて、前の２個の脚部リンクを用いて
物を持ち上げる場合には、その脚部リンクは腕部リンク
とみなすこととする。

【００２１】また、「位置姿勢」は「位置」および「姿
勢」の両者を含んでも良く、あるいはそのいずれかであ
っても良い意味で使用する。換言すれば、「位置姿勢」
は、必ず「位置」および「姿勢」の両者を含まなければ
ならないものではない。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明の一つの実施の形態に係る移動ロボットの姿勢制御装
置を説明する。

【００２３】図１はこの実施の形態に係る移動ロボット
の姿勢制御装置が対象とする脚式移動ロボットの正面
図、図２はその側面図である。尚、移動ロボットとして
は、２個の脚部リンクと２個の腕部リンクを備えたヒュ
ーマノイド型（人間型）の脚式移動ロボットを例にと
る。

【００２４】図１に示すように、脚式移動ロボット（以
下「ロボット」という）１は、複数個（本）、より具体
的には２個（本）の脚部リンク（あるいは脚）２を備え
ると共に、その上方には上体（基体）３が設けられる。
上体３のさらに上方には頭部４が形成されると共に、上
体３の両側には２個（本）の腕部リンク（あるいは腕）
５が連結される。また、図２に示すように、上体３の背
部には格納部６が設けられ、その内部には電子制御ユニ
ット（後述）などが収容される。尚、図１および図２に
示すロボット１は、内部構造を保護するためのカバーで
被覆される。

【００２５】図３はロボット１をスケルトンで示す説明
図である。同図を参照してその内部構造を関節を中心に
説明すると、図示の如く、ロボット１は、左右それぞれ
の脚部リンク２および腕部リンク５に、１１個の電動モ
ータで動力化された６個の関節を備える。

【００２６】即ち、ロボット１は、腰部（股部）に、脚
部リンク２を鉛直軸（Ｚ軸あるいは鉛直軸）まわりに回
転させる関節を駆動する電動モータ１０Ｒ，１０Ｌ（右
側をＲ、左側をＬとする。以下同じ）と、脚部リンク２
をピッチ（進行）方向（Ｙ軸まわり）に揺動させる関節
を駆動する電動モータ１２Ｒ，１２Ｌと、脚部リンク２
をロール（左右）方向（Ｘ軸まわり）に回転させる関節
を駆動する電動モータ１４Ｒ，１４Ｌを備えると共に、
膝部に脚部リンク２の下部をピッチ方向（Ｙ軸まわり）
に回転させる膝関節を駆動する電動モータ１６Ｒ，１６
Ｌを備え、さらに足首に脚部リンク２の先端側をピッチ
方向（Ｙ軸まわり）に回転させる足（足首）関節を駆動
する電動モータ１８Ｒ，１８Ｌとロール方向（Ｘ軸まわ
り）に回転させる足（足首）関節を駆動する電動モータ
２０Ｒ，２０Ｌを備える。

【００２７】上記したように、図３において、関節はそ
れを駆動する電動モータ（あるいは電動モータに接続さ
れてその動力を伝動するプーリなどの伝動要素）の回転
軸線で示す。尚、脚部リンク２の先端には足部（足平）
２２Ｒ，２２Ｌが取着される。

【００２８】このように、脚部リンク２の股関節（腰関
節）には電動モータ１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ），１４
Ｒ（Ｌ）がそれらの回転軸線が直交するように配置され
ると共に、足関節（足首関節）には電動モータ１８Ｒ
（Ｌ），２０Ｒ（Ｌ）がそれらの回転軸線が直交するよ
うに配置される。尚、股関節と膝関節は大腿リンク２４
Ｒ（Ｌ）で、膝関節と足関節は下腿リンク２６Ｒ（Ｌ）
で連結される。

【００２９】脚部リンク２は股関節を介して上体３に連
結されるが、図３では上体３を上体リンク２８として簡
略的に示す。前記したように、上体３には腕部リンク５
が連結される。

【００３０】腕部リンク５も、脚部リンク２と同様に構
成される。即ち、ロボット１は、肩部に、腕部リンク５
をピッチ方向に回転させる関節を駆動する電動モータ３
０Ｒ，３０Ｌとロール方向に回転させる関節を駆動する
電動モータ３２Ｒ，３２Ｌを備えると共に、その自由端
側を回転させる関節を駆動する電動モータ３４Ｒ，３４
Ｌと、肘部にそれ以降の部位を回転させる関節を駆動す
る電動モータ３６Ｒ，３６Ｌを備え、さらにその先端側
にそれを回転させる手首関節を駆動する電動モータ３８
Ｒ，３８Ｌを備える。尚、手首の先にはハンド（エンド
エフェクタ）４０Ｒ，４０Ｌが取着される。

【００３１】即ち、腕部リンク５の肩関節には電動モー
タ３０Ｒ（Ｌ），３２Ｒ（Ｌ），３４Ｒ（Ｌ）がそれら
の回転軸線が直交するように配置される。尚、肩関節と
肘関節とは上腕リンク４２Ｒ（Ｌ）で、肘関節と手首関
節とは下腕リンク４４Ｒ（Ｌ）で連結される。

【００３２】また、頭部４は、鉛直軸まわりの首関節４
６と、それと直交する軸まわりに頭部４を回転させる頭
部揺動機構４８を介して上体３に連結される。図３に示
す如く、頭部４の内部には撮像した画像を示す信号を出
力する、ＣＣＤカメラからなる視覚センサ５０が配置さ
れると共に、レシーバおよびマイクロフォンからなる音
声入出力装置５２が配置される。

【００３３】上記の構成により、脚部リンク２は左右の
足について６個の関節を備えて合計１２の自由度を与え
られ、６個の関節を適宜な角度で駆動（関節変位）する
ことで、脚部リンク２に所望の動きを与えることがで
き、ロボット１を任意に３次元空間を歩行させることが
できる。また、腕部リンク５も左右の腕について５個の
関節を備えて合計１０の自由度を与えられ、５個の関節
を適宜な角度で駆動（関節変位）することで所望の作業
を行わせることができる。さらに、頭部４は２つの自由
度からなる関節あるいは揺動機構を与えられ、これらを
適宜な角度で駆動することにより所望の方向に頭部４を
向けることができる。

【００３４】１０Ｒ（Ｌ）などの電動モータのそれぞれ
にはロータリエンコーダ（図示せず）が設けられ、電動
モータの回転軸の回転を通じて対応する関節の角度、角
速度、および角加速度の少なくともいずれかを示す信号
を出力する。

【００３５】足部２２Ｒ（Ｌ）には公知の６軸力センサ
（以下「力センサ」という）５６が取着され、ロボット
に作用する外力の内、接地面からロボット１に作用する
床反力の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３
方向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。

【００３６】また、手首関節とハンド４０Ｒ（Ｌ）の間
には同種の力センサ（６軸力センサ）５８が取着され、
ロボット１に作用する床反力以外の外力、具体的にはハ
ンド４０Ｒ（Ｌ）に対象物から作用する外力（対象物反
力）の３方向成分Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとモーメントの３方
向成分Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを示す信号を出力する。

【００３７】さらに、上体３には傾斜センサ６０が設置
され、鉛直軸に対する上体３の傾き（傾斜角度）とその
角速度の少なくともいずれか、即ち、ロボット１の上体
３の傾斜（姿勢）などの状態量を示す信号を出力する。

【００３８】これら力センサ５６などの出力群は、ロボ
ット１の上体３の背中側の格納部６（図２に示す）に収
容されたマイクロコンピュータからなる電子制御ユニッ
トElectric Control Unit 。以下「ＥＣＵ」という）６
２に送られる（図示の便宜のためロボット１の右側につ
いてのみ図示する）。

【００３９】図４はＥＣＵ６２の詳細を示すブロック図
であり、マイクロ・コンピュータから構成される。そこ
において傾斜センサ６０などの出力はＡ／Ｄ変換器７０
でデジタル値に変換され、その出力はバス７２を介して
ＲＡＭ７４に送られる。また各アクチュエータにおいて
電動モータに隣接して配置されるエンコーダの出力は、
カウンタ７６を介してＲＡＭ７４内に入力される。

【００４０】ＥＣＵ６２内にはＣＰＵからなる演算装置
８０が設けられており、演算装置８０が生成した歩容に
基づいてロボットが安定な姿勢を継続することができる
ように、関節角変位指令（アクチュエータ変位指令）を
算出し、ＲＡＭ７４に送出する。尚、符号８４はＲＯＭ
を示す。

【００４１】また、演算装置８０はＲＡＭ７４からその
指令と検出された実測値とを読み出し、各関節の駆動に
必要な制御値（操作量）を算出してＤ／Ａ変換器８６と
各関節に設けられたアクチュエータ駆動装置（アンプ）
８８を介して各関節を駆動する、変位検出器（エンコー
ダ）付きの脚アクチュエータ９０と腕アクチュエータ）
９２の電動モータ１０Ｒ（Ｌ），１２Ｒ（Ｌ）などに出
力する。

【００４２】図５は、この実施の形態に係る脚式移動ロ
ボットの姿勢制御装置（主として前記した演算装置８０
に相当）の構成および動作を機能的に示すブロック図で
ある。

【００４３】この装置は脚および腕の動作を統合的に制
御する装置であり、後述するように操作量を算出して各
アクチュエータ駆動装置８８にアクチュエータ変位指令
を出力し、脚アクチュエータ９０と腕アクチュエータ９
２を動作させる。図示の如く、この装置は、目標作業パ
ターン生成器１００、脚メイン制御装置１０２、腕メイ
ン制御装置１０４、および姿勢安定化メイン制御装置１
０６などから構成される。

【００４４】目標作業パターン生成器１００は、ある想
定条件下においてロボット１の動力学的平衡条件を満足
する歩容を含む、目標作業パターンを生成する。目標作
業パターンは、複数の変数の時間変化パターンによって
表現される。この変数は、運動を表現する変数と環境か
ら受ける反力を表現する変数から構成される。

【００４５】ここで、運動を表現する変数は、これによ
って各瞬間における姿勢が一義的に決定できる変数の組
である。具体的には、目標足部位置姿勢、目標上体位置
姿勢、目標ハンド位置姿勢から構成される。

【００４６】また、環境から受ける反力を表現する変数
は、後述する目標全床反力中心点、目標全床反力および
目標対象物反力から構成される。

【００４７】これら各変数は、支持脚座標系で表され
る。支持脚座標系は、支持脚足首（足関節を駆動する電
動モータ１８，２０Ｒ（Ｌ）の回転軸線の交点）から足
部２２Ｒ（Ｌ）への垂直投影点を原点とする座標系であ
り、図６および図７に示すように、支持脚が接地してい
る床に固定された座標系であり、支持脚足部の前向きを
Ｘ軸の向き、左向きをＹ軸の向き、鉛直方向上向きをＺ
軸向きとする座標系である。

【００４８】以下、これら各変数を詳細に説明する。

【００４９】先ず、「対象物反力」とは、ロボット１が
環境から受ける外力の内で、各足部床反力を除いた外力
を意味する。具体的には、ハンド４０Ｒ（Ｌ）が作業対
象物（例えばドアの把手）から受ける反力を意味する。
尚、その目標値を「目標対象物反力」と呼ぶ。

【００５０】目標作業パターン生成器１００が出力する
目標対象物反力は、後述する目標全床反力中心点まわり
に作用する力とモーメントによって表現される。ちなみ
に、姿勢安定化にとって重要なのは、このうちのモーメ
ント成分である。

【００５１】目標全床反力と目標全床反力中心点（位
置）について説明すると、作業中において各足部が床か
ら受けるべき目標床反力の合力を「広義の目標全床反
力」と呼ぶ。広義の目標全床反力は、作用点とその点に
おける力とモーメントで表現される。目標全床反力中心
点（位置）は、目標全床反力をその点を作用点とする力
とモーメントで表現したとき、Ｘ軸まわりモーメント成
分とＹ軸まわりモーメント成分が零（０）になる床面上
の点である。

【００５２】狭義の目標全床反力は、広義の目標全床反
力を、目標全床反力中心点を作用点として、力とモーメ
ントで表現した場合の力とモーメントを意味する。目標
作業パターン生成器が出力する目標全床反力は、狭義の
目標全床反力である。

【００５３】以降は特に説明がない限り、目標全床反力
は、狭義の目標全床反力を指す。尚、平坦な床面を歩行
する場合には、目標全床反力中心点は、通常、その床面
上に設定される。

【００５４】歩行制御の分野において従来から公知であ
る、Ｍ．Ｖｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃによって提唱された
ＺＭＰの概念も、次のように拡張する。即ち、ロボット
１の運動によって生じる慣性力と重力と対象物反力の合
力が、その点を作用点とする力とモーメントで表現され
たとき、Ｘ軸まわりモーメント成分とＹ軸まわりモーメ
ント成分が０になる床面上の点を「ＺＭＰ」と呼ぶ。ロ
ボット１が目標の運動を行うときのＺＭＰを「目標ＺＭ
Ｐ」と呼び、その位置を「目標ＺＭＰ位置」と呼ぶ。

【００５５】目標作業パターンが動力学的平衡条件を満
足するということは、目標作業パターンによって生じる
上記の慣性力と重力と対象物反力の合力と目標全床反力
が、打ち消し合って零になることである。従って、動力
学的平衡条件を満足するためには、目標全床反力中心点
（位置）と目標ＺＭＰ（位置）が一致しなければならな
い。

【００５６】目標作業パターン生成器１００では、後述
する大局安定化制御が働いていない場合、動力学的平衡
条件を満足する歩容を含む目標作業パターンを生成す
る。換言すれば、この場合、目標作業パターン生成器１
００が生成する目標全床反力中心点（位置）は目標ＺＭ
Ｐ（位置）に一致する。

【００５７】目標足部位置姿勢、目標上体位置姿勢、目
標ハンド位置姿勢は、前記した支持脚座標系で表現され
たそれぞれの部位の位置と姿勢を表す。具体的には、上
体３の位置およびその速度は、上体３の重心位置などの
代表点およびその（変位）速度を意味する。更に、上体
３あるいは足部２２Ｒ（Ｌ）の姿勢は、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間
における向きを意味する。

【００５８】次いで、脚メイン制御装置１０２について
説明する。脚メイン制御装置１０２の機能は、概説する
と、脚アクチュエータ（１０Ｒ（Ｌ）などの電動モータ
など）を操作し、目標姿勢に追従する姿勢追従制御と、
目標全床反力と補償全床反力モーメント（後述）の合力
に追従する床反力制御を同時に行う装置である。尚、目
標床反力と補償全床反力モーメントの合力と目標姿勢を
同時に完全に満足させることは不可能であるので、適当
な調整が行われ、長期的には両方を満足するように制御
される。

【００５９】より詳しくは、脚メイン制御装置１０２
は、修正目標上体位置姿勢（後述）、目標足部位置姿
勢、目標全床反力中心点（位置）と、その中心点に作用
する目標全床反力と、補償全床反力モーメントを入力
し、目標全床反力中心点（位置）に作用する実全床反力
のモーメント成分が、目標全床反力モーメント（通常は
零）と補償全床反力モーメントの和に一致するように、
目標足部位置姿勢を修正する。修正された目標足部位置
姿勢を「修正目標足部位置姿勢」と呼ぶ。

【００６０】脚メイン制御装置１０２は、この修正目標
上体位置姿勢と修正目標足部位置姿勢から決定される目
標脚関節変位に実関節変位が追従するように、アクチュ
エータ変位指令を出力して脚アクチュエータ９０を制御
する。

【００６１】以上の機能を実現させるために、この実施
の形態にあっては、前記した特開平１０−２７７９６９
号公報に記載される技術（以下「複合コンプライアンス
制御」という）を適用する。この複合コンプライアンス
制御を行う装置は、脚メイン制御装置の他に、足部２２
Ｒ（Ｌ）に設けた力センサ５６、アクチュエータ駆動装
置８８およびアクチュエータ９０を包含して構成され
る。

【００６２】図８に複合コンプライアンス制御装置のブ
ロック図を示すが、その詳細な説明は上記特開平１０−
２７７９６９号公報に記載されているので省略する。
尚、図８に示す複合コンプライアンス制御装置において
は、特開平１０−２７７９６９号公報に記載される複合
コンプライアンス制御装置と比較すると、上体傾斜フィ
ードバック系の姿勢安定化制御（補償全床反力モーメン
トの演算）が省かれている。

【００６３】その理由は、同様の処理が後述の姿勢安定
化メイン制御装置で行なわれ、そこで求められた補償全
床反力モーメントが入力されるためである。但し、上体
傾斜偏差による床反力の変動を抑制するため、上体傾斜
フィードバック系を追加しても良い。

【００６４】また、この実施の形態において複合コンプ
ライアンス制御に、上記した特許第３２６９８５２号公
報に記載される技術（以下、「大局安定化制御」とい
う）を加えることとする。但し、大局安定化制御は上体
の位置や歩幅を修正、より具体的には上記した修正目標
上体位置姿勢をさらに修正するので、後述の腕部リンク
５の制御にあたり、ハンド４０Ｒ（Ｌ）と対象物との相
対位置関係が重要な場合には、修正される上体の位置や
歩幅の影響を考慮する必要がある。また、大局安定化制
御が働くと、目標作業パターンにおける目標ＺＭＰは、
目標全床反力中心点から故意にずらされた点に制御され
る。

【００６５】大局安定化制御が加えられることで修正目
標上体位置姿勢がさらに修正されることから、それによ
って最終的に得られる目標上体位置姿勢を、図５に示す
如く、「最終修正目標上体位置姿勢」と呼ぶ。尚、大局
安定化制御を加えることはこの発明において必須ではな
い。即ち、大局安定化制御を加えなくても良く、その場
合は、修正目標上体位置姿勢を最終修正目標上体位置姿
勢として扱えば足りる。

【００６６】尚、図５において、脚メイン制御装置１０
２で修正された最終修正目標足部位置姿勢は、姿勢安定
化メイン制御装置１０６に入力される。但し、姿勢安定
化メイン制御装置１０６において、目標足部位置姿勢が
修正されたことによるロボットの重心位置の変化が無視
できるならば、最終修正目標足部位置姿勢を姿勢安定化
メイン制御装置１０６に入力させる必要はない。

【００６７】次いで腕メイン制御装置１０４について説
明する。腕メイン制御装置１０４の機能は、概説する
と、腕アクチュエータ（３０Ｒ（Ｌ）などの電動モータ
など）９２を操作し、目標姿勢に追従する姿勢制御と修
正目標対象物反力（後述）に追従する対象物反力制御を
同時に行うことである（ここでの「姿勢」は腕部リンク
５の全関節の変位の組を表す）。目標姿勢と修正目標対
象物反力を同時に完全に満足させることは不可能である
ので、適宜な手法、例えば、従来からマニピュレータの
コンプライアンス制御、いわゆる仮想コンプライアンス
制御として知られるものを用いる（機械工学便覧、エン
ジニアリング編、Ｃ４−１００頁）。

【００６８】具体的な制御系構成とアルゴリズムを以下
に説明すると、腕メイン制御系は腕メイン制御装置１０
４の他に、前記したハンド４０Ｒ（Ｌ）に設けた力セン
サ５８、アクチュエータ駆動装置８８および腕アクチュ
エータ９２を包含して構成される。

【００６９】腕メイン制御装置１０４は、最終目標上体
位置姿勢（あるいは修正目標上体位置姿勢）、目標ハン
ド位置姿勢および修正目標対象物反力を入力し、力セン
サ５８によって検出される実対象物反力と修正目標対象
物反力の差に応じて目標ハンド位置姿勢を修正する。修
正された目標ハンド位置姿勢を「最終修正目標ハンド位
置姿勢」と呼ぶ。そして、最終修正目標上体位置姿勢
（あるいは修正目標上体位置姿勢）と最終修正目標ハン
ド位置姿勢から決定される目標腕関節変位に実関節変位
が追従するように腕アクチュエータ９２を制御する。

【００７０】次いで姿勢安定化メイン制御装置１０６に
ついて説明する。姿勢安定化メイン制御装置１０６は、
動バランスあるいは姿勢バランスをとるために動力学的
平衡条件を考慮しながら制御を行う。そこで、先ず、装
置の概要を説明する前に、動力学的平衡条件について以
下に説明する。

【００７１】実際のロボット１の姿勢傾きの挙動を決定
する最も大きな要因は、目標全床反力中心点（即ち、目
標ＺＭＰ）まわりでの実際の力のモーメントのバランス
である。

【００７２】目標全床反力中心点まわりに作用する力の
モーメントを以下に列挙する。 １）慣性力モーメント ２）重力モーメント ３）全床反力モーメント ４）対象物反力モーメント

【００７３】慣性力モーメントは、目標全床反力中心点
まわりのロボットの角運動量の変化によって生じるモー
メントである。この値はオイラー方程式によって求めら
れ、具体的には目標全床反力中心点まわりのロボット１
の角運動量の１階微分値の符号を反転させたものであ
る。目標作業パターンの慣性力モーメントを「目標慣性
力モーメント」と呼ぶ。実際のロボット１が作業してい
るときの慣性力モーメントを「実慣性力モーメント」と
呼ぶ。重力モーメントは、ロボット１の重心に作用する
重力が目標全床反力中心点まわりに作用するモーメント
である。

【００７４】２個の足部２２Ｒ（Ｌ）にそれぞれ作用す
る床反力の合力を「全床反力」と呼ぶ。全床反力モーメ
ントは、全床反力が目標全床反力中心点まわりに作用す
るモーメントである。

【００７５】前述のように、ハンド４０Ｒ（Ｌ）が対象
物から受ける反力を「対象物反力」と呼ぶ。対象物反力
モーメントは、対象物反力が目標全床反力中心点まわり
に作用するモーメントである。

【００７６】さて、理想的な脚メイン制御装置により、
ロボット１が目標作業パターンの運動パターンに忠実に
追従していたと仮定する。このときには実慣性力モーメ
ントは目標慣性力モーメントに一致し、実重力モーメン
トは目標重力モーメントに一致する。

【００７７】一方、動力学の法則（オイラー方程式）に
より、実慣性力モーメントと実重力モーメントと実全床
反力モーメントと実対象物反力モーメントの和は、必ず
零である。

【００７８】故に、ロボット１が忠実に目標作業パター
ンの運動パターン通りに動くためには、目標慣性力モー
メントと目標重力モーメントと実全床反力モーメントと
実対象物反力モーメントの和は、零でなければならな
い。これを条件１とする。

【００７９】ところが、実際には実対象物反力モーメン
トが目標対象物反力モーメントと一致せず、差が生じ
る。例えば、図９に示すように、台車（対象物）１０８
を押す作業を行っているとき、台車１０８の実際のころ
がり摩擦力の絶対値が想定していた値よりも突然小さく
なってしまった状況である。

【００８０】この状況では、実対象物反力が目標全床反
力中心点のＹ軸まわりに作用するモーメントは、目標対
象物反力が目標全床反力中心点のＹ軸まわりに作用する
モーメントよりも正の向きに大きくなって条件１を満た
さなくなり、ロボット１は前傾する。尚、モーメントの
向きは、座標軸の正方向に向いてロボット１を時計まわ
りに回転させるモーメントを正とする。

【００８１】このような状況においても条件１を満足さ
せるためには、先に提案した技術では次の２通りの手法
が考えられた。

【００８２】手法１）上記偏差を打ち消すように、実全
床反力モーメントを変える。具体的には、目標全床反力
中心点まわりに負の床反力モーメントを発生するように
脚メイン制御装置１０２に指令し、脚メイン制御装置１
０２においてアクチュエータ変位指令を行って足部２２
Ｒ（Ｌ）のつまさきを下げ、実全床反力モーメントを負
の向きに増加させる、即ち、脚部リンク２で踏み止めさ
せるような姿勢をとらせる。

【００８３】手法２）上記偏差を打ち消すように、目標
作業パターンの運動パターンを修正することにより、目
標慣性力モーメントと目標重力モーメントを修正する。
具体的には、目標上体位置および／または姿勢を修正す
ることにより、目標慣性力モーメントと目標重力モーメ
ントを修正する。即ち、上体３を前後方向に移動させ
る。

【００８４】実全床反力モーメントは、目標全床反力モ
ーメントを変えるだけで脚メイン制御装置によってすば
やく変化させることができるので、手法１は短期的な対
応に向いている。但し、実全床反力モーメントを大きく
変化させると、足部２２Ｒ（Ｌ）の接地圧分布が偏って
接地感が減少し、最悪の場合には足部２２Ｒ（Ｌ）の一
部が浮いてしまう。従って、長期的には、なるべく元の
目標全床反力モーメントに戻すべきである。

【００８５】実全床反力モーメントを元の目標全床反力
モーメントに戻すためには、重心位置をずらし（この場
合は後方にずらし）、目標重力モーメントによって上記
偏差を打ち消すように、手法２によって目標作業パター
ンの運動パターンを修正すれば良い。但し、重心位置を
急激にずらすと、過大な目標慣性力モーメントが逆向き
に発生するので、ゆっくりと重心位置をずらす必要があ
る。従って、手法２は長期的な対応に向いている。

【００８６】従来技術で述べた、本出願人が先に提案し
た特開平１０−２３０４８５号公報記載の技術は、これ
ら両方の手法を同時に行い、短期的には手法１を主に使
うことによって速い変化に対応し、長期的には手法２を
主に使うことによって実全床反力モーメントを元の目標
全床反力モーメントに収束させるものであった。

【００８７】これに対し、この発明に係る姿勢制御装置
においては、さらに、実対象物反力の成分の内の拘束方
向成分を意図的に変化させる手法（手法３）を追加する
ようにした。

【００８８】以下、手法３の原理について説明する。先
ず、理解の便宜のため、１個（本）の腕部リンクを備え
た脚式移動ロボットが、その腕部リンクの先端に配置さ
れたハンドを用いてある対象物に対して作業を行ってい
る場合を考える。このとき、ハンドは対象物から拘束力
を受け、拘束運動をするものとする。

【００８９】対象物がハンドによって空中に支持され、
ハンド以外のものによって支持されないならば、ハンド
の運動には３次元の平行移動の自由度と３次元の回転の
自由度の合計６つの自由度があり、対象物からは何等拘
束力を受けない。

【００９０】これに対し、対象物がハンド以外のものか
らも支持されるならば、場合によっては、ハンドの運動
はハンド以外の支持されるものによって拘束力を受け
る。具体的には、ハンドが対象物、例えば静止した剛性
の高い表面に接触すると、ハンドはその面を貫いて動く
ことはできず、故に自然な位置の拘束が生じる、換言す
れば、その面から拘束力を受けることとなる。この発明
に係る姿勢制御装置は、その拘束力に着目し、ロボット
の姿勢安定化を図る制御を行うようにした。

【００９１】説明を続ける前に、ここで、説明に用いる
座標系、各種空間や方向を以下のように定義する。尚、
以下に記載する変数は、特に、ことわりがない限り、支
持脚座標系で表されるものとする。

【００９２】また、ハンドのある瞬間におけるＸ，Ｙお
よびＺ方向への速度成分をそれぞれＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚと
する。同じ瞬間におけるＸ，ＹおよびＺ軸まわりの回転
速度成分をそれぞれωｘ，ωｙ，ωｚとする。回転は、
座標軸の正の方向に向いて時計まわりに回転する向きを
正とする。

【００９３】この瞬間におけるハンドの速度を、ベクト
ル（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ）で表わすこ
ととし、これを「ハンド速度ベクトル」と呼ぶ。

【００９４】そして、任意の実数Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ，ω
ｘ，ωｙ，ωｚを要素とするハンド速度ベクトル（Ｖ
ｘ，Ｖｙ，Ｖｚ，ωｘ，ωｙ，ωｚ）の集合を「全運動
速度空間」と呼ぶ。全運動速度空間は、いわゆるベクト
ル空間になっている。

【００９５】また、ある瞬間に実現不可能なハンド速度
ベクトル全ての集合を、この瞬間の「拘束速度領域」と
呼ぶ。ここでいう実現不可能なハンド速度ベクトルは、
幾何学的な観点から判定される。つまり、この瞬間にハ
ンドと対象物の間の干渉により、ほとんどハンドの変位
を生じることなく応力が発生するハンド速度ベクトル
を、実現不可能なハンド速度ベクトルと定義する。この
とき、腕アクチュエータや腕の関節配置などに因る制約
は考えない。

【００９６】即ち、ハンド自身は、対象物がなければ任
意の速度で移動可能であることを前提とする。また、こ
のとき、ハンドおよび対象物が十分な剛性を備えていれ
ば、剛体とみなす。従って、あるハンド速度ベクトル
（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１）
が拘束速度領域の要素ならば、任意の正の実数ｋを乗じ
た（ｋＶｘ１，ｋＶｙ１，ｋＶｚ１，ｋωｘ１，ｋωｙ
１，ｋωｚ１）も拘束速度領域の要素とする。尚、便宜
上、零ベクトル（０，０，０，０，０，０）も拘束速度
領域の要素とする。

【００９７】ここで注意すべき点は、拘束速度領域を、
拘束条件下での移動可能な速度領域と混同しないことで
ある。また、拘束速度領域は、いわゆるベクトル空間と
は限らない。例えば、床面に載置された十分に硬い対象
物をハンドで把持した場合、ハンドを真下（床面の法線
方向下方）に下げることはできないが、逆方向（法線方
向上方）には移動することができる。

【００９８】つまり、真下方向へのハンド速度ベクトル
は拘束速度領域の要素であるが、その逆方向は拘束速度
領域の要素になっていない。拘束速度領域がベクトル空
間であれば、拘束速度領域の任意の要素（Ｖｘ１，Ｖｙ
１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１）に対し、逆ベク
トル（−Ｖｘ１，−Ｖｙ１，−Ｖｚ１，−ωｘ１，−ω
ｙ１，−ωｚ１）も拘束速度領域の要素でなければなら
ないが、この場合の拘束速度領域は、この条件を満足し
ないので、ベクトル空間ではない。

【００９９】次に、拘束速度空間を以下のように定義す
る。即ち、拘束速度領域の任意のベクトル（Ｖｘ１，Ｖ
ｙ１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１）と逆ベクトル
（−Ｖｘ１，−Ｖｙ１，−Ｖｚ１，−ωｘ１，−ωｙ
１，−ωｚ１）の集合を、拘束速度空間と定義する。通
常は、拘束速度空間は、全運動速度空間の部分ベクトル
空間になっている。

【０１００】全運動速度空間内のベクトルの内で、拘束
速度領域の任意のベクトルとの内積が零である（即ちそ
のベクトルと直交する）全てのベクトルの集合を「自由
速度空間」と呼ぶ。

【０１０１】ここで、拘束速度空間および自由速度空間
内のベクトルを次のように定義する。拘束速度空間の要
素である方向ベクトルを「拘束方向ベクトル」と呼び、
単に拘束方向というときは、任意の拘束方向ベクトルの
向きを指す。また、自由速度空間の要素である方向ベク
トルを「自由方向ベクトル」と呼び、単に自由方向とい
うときは、任意の自由方向ベクトルの向きを指す。

【０１０２】以下にいくつかの対象物に対する作業に関
して拘束速度空間を示す。

【０１０３】作業１）対象物をハンドによって空中に持
ち上げている場合

【０１０４】この場合、拘束速度空間は存在しない。
尚、便宜上、拘束速度空間は零ベクトルだけからなる空
間とする。自由速度空間は全運動速度空間に一致する。

【０１０５】作業２）前記した図９に示す如く、自在キ
ャスタ輪が付いた台車１０８をハンド４０Ｒで把持して
押す場合

【０１０６】この場合、拘束速度空間は、任意の実数Ｖ
ｚ，ωｘ，ωｙを持つハンド速度ベクトル（０，０，Ｖ
ｚ，ωｘ，ωｙ，０）の集合である。

【０１０７】作業３）図１０に示す如く、ハンド４０Ｒ
で把手１１０を把持しながら、ヒンジ１１２が付いたド
ア１１４を開閉する場合

【０１０８】この場合、ヒンジ軸１１２Ｚまわりの回転
以外の運動は拘束される。ヒンジ軸をＺ軸とし、この瞬
間のハンドのＸ座標を０、Ｙ座標を−ｒ（ｒはドア１１
４の回転半径、より詳しくは把手１１０の回転半径）と
すると、自由速度空間は、任意の実数Ｖｘを持つハンド
の速度ベクトル（Ｖｘ，０，０，０，０，Ｖｘ／ｒ）の
集合である。

【０１０９】また、拘束速度空間は、任意の実数Ｖｘ，
Ｖｙ，Ｖｚ，ωｘ，ωｙを持つハンド速度ベクトル（Ｖ
ｘ，Ｖｙ，Ｖｚ，ωｘ，ωｙ，−ｒ＊Ｖｘ）の集合であ
る。

【０１１０】作業４）図１１に示すような環境におい
て、円柱状の手摺り１２０にハンド４０Ｒを滑らせなが
ら階段１２２を昇降する場合

【０１１１】この場合、手摺り１２０の軸方向の平行移
動と、手摺り１２０の軸まわりの回転以外の運動は拘束
される。手摺り１２０の軸が式ｘ＝ｚ＋ｃ，ｙ＝−ｄ
（ｃおよびｄは定数）で表わされるとすると、自由速度
空間は、任意の実数Ｖｘおよびωｘを持つハンド速度ベ
クトル（Ｖｘ，０，Ｖｘ，ωｘ，０，ωｘ）である。ま
た、拘束速度空間は、任意の実数Ｖｘ，Ｖｙ，ωｘ，ω
ｙを持つハンド速度ベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ，−Ｖｘ，ω
ｘ，ωｙ，−ωｘ）の集合である。尚、理解の便宜のた
め、手摺り１２０とＸ軸のなす角度を４５度とする。

【０１１２】作業５）図１１に示す環境において、手摺
り１２０をハンド４０Ｒでしっかり把持して階段１２２
を昇降する場合

【０１１３】手摺り１２０をしっかりと把持していると
きには運動の自由度はなく、全ての運動が拘束される。
従って、拘束速度空間は、全運動速度空間に一致する。

【０１１４】上記のような作業において、ハンドから対
象物に対してハンドの拘束方向に力を作用させたとき、
対象物にはハンド以外の支持するものからその力を打ち
消す拘束力しか発生せず、自由方向に実質的に摩擦力な
どが発生しないならば、ハンドおよび対象物の運動は変
化しない。

【０１１５】作業３（図１０）を例にとると、ハンド４
０Ｒによってドア１１４に上向き（Ｚ軸上方）の力を作
用させても、ヒンジ１１２の摩擦が実質的に零であるな
らば、ヒンジ１１２からドア１１４に前記上向きの力を
打ち消す力だけが作用するので、ドア１１４の回転運動
に何の影響も与えない。

【０１１６】この発明に係る姿勢制御装置は、かかる性
質を利用することで、対象物の運動制御に干渉せずに、
ロボットの姿勢を安定化しようとするものである。即
ち、対象物からハンドに作用する力の拘束方向成分を制
御することにより、対象物の運動に影響を与えることな
く、ロボットの動バランスを維持したり、傾いた姿勢を
復元するように構成した。

【０１１７】以下に、作業３を例にとり、この作用につ
いて説明する。前述した図１０に示すように、ロボット
１がドア１１４の前に立ってその開閉作業を行っている
とき、ロボット１が前に倒れそうになった状況を考え
る。ロボット１の姿勢を復元させるための一つの方法
は、ドア１１４を前に押すことである。これによってロ
ボット１はドア１１４から反力を受け、姿勢が復元す
る。

【０１１８】しかし、姿勢安定化制御のためにドア１１
４を押してしまうと、ドア１１４は加速され、その運動
は望みの開閉運動からずれてしまうので、あまり大きな
復元力を発生させることはできない。特に、ロボット１
の質量に較べてドアの質量が非常に小さい場合には、ほ
とんど復元力を発生させることができない。また、ドア
１１４の運動が所期の予定から変更されるため、作業遂
行上望ましくない。

【０１１９】ロボット１の姿勢を復元させるためのもう
一つの方法は、ドア１１４を下に押すことである。これ
によってロボット１はドア１１４から反力を受け、姿勢
が復元する。さらに、拘束方向に押しているだけなの
で、前述のようにドアの運動は変わらない。

【０１２０】この発明に係る姿勢制御装置は後者の方法
を用いるものであるため、前記作業２、作業３および作
業４のようにハンドの運動に何らかの拘束方向が存在す
ることが、この発明を適用するための必要条件になる。
従って、前記作業１に対しては適用することができな
い。

【０１２１】尚、拘束速度空間などを表す座標系は、円
筒座標系や極座標系などでも良い。通常の座標系なら何
を用いてもそれらの間で変換も可能であると共に、その
瞬間における拘束速度空間が指す空間に相違はないため
である。作業に応じて座標系を適宜設定することで、作
業中、拘束速度空間を一定（普遍）にすることができる
場合もある。例えば、前記作業３では、円筒座標系を用
いてヒンジ１１２の軸を円筒座標系の軸に一致させるこ
とで、各瞬間における拘束速度空間を一定に保つことが
できる。

【０１２２】次いで、ｎ個（本）の腕を備えるロボット
が作業を行う場合について考える。この場合、各種空間
や方向の定義を、次のように拡張する。

【０１２３】まず、下式のように、各ハンドに１からｎ
までの識別番号をつけ、それぞれを「第ｊハンド」（ｊ
＝１，２，・・・，ｎ）と呼んで区別する

【０１２４】座標系は前記した支持脚座標系を用いるこ
ととし、第ｊハンドのある瞬間におけるＸ，ＹおよびＺ
方向への速度成分を、それぞれＶｘｊ，Ｖｙｊ，Ｖｚｊ
とする。また、同じ瞬間におけるＸ，ＹおよびＺ軸まわ
りの回転速度成分を、それぞれωｘｊ，ωｙｊ，ωｚｊ
とする。

【０１２５】そして、ベクトル（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ
１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ
２，ωｘ２，ωｙ２，ωｚ２，・・・，Ｖｘｎ，Ｖｙ
ｎ，Ｖｚｎ，ωｘｎ，ωｙｎ，ωｚｎ）を「全ハンド速
度ベクトル」と呼ぶ。このベクトルは、第１ハンドから
第ｎハンドまでのハンド速度ベクトルの各要素を順に並
べたものである。尚、このベクトル表現の代りに、ｊ行
目が第ｊハンドの速度ベクトルになっている、ｎ行６列
の行列で表わしても良い。

【０１２６】以降、全ハンド速度ベクトルを改めて「ハ
ンド速度ベクトル」と呼ぶ。また、任意の実数を要素と
するハンド速度ベクトルの集合を、改めて「全運動速度
空間」と呼ぶ。この全運動速度空間は、６＊ｎ次元ベク
トル空間になっている。

【０１２７】さらに、ある瞬間に実現不可能なハンド速
度ベクトル全ての集合を、改めてこの瞬間の「拘束速度
領域」と呼ぶ。ここでいう実現不可能なハンド速度ベク
トルは、幾何学的な観点から判定される。つまりこの瞬
間に、ハンドと対象物の間またはハンドと他のハンドの
間の干渉により、ほとんどハンドの変位を生じることな
く応力が発生するハンド速度ベクトルを実現不可能なハ
ンド速度ベクトルと定義する。

【０１２８】このとき、腕アクチュエータ能力や腕部リ
ンク５の関節配置などに関する制約は考えない。つま
り、ハンド自身は、対象物がなければ任意の速度で移動
可能であることを前提とする。また、ハンドおよび対象
物が十分な剛性を備えていれば、剛体とみなす。従っ
て、ある速度ベクトルが拘束速度領域の要素ベクトルな
らば、そのベクトルの全要素をｋ倍（ｋは任意の正の実
数）したベクトルも、拘束速度領域の要素ベクトルとす
る。尚、便宜上、零ベクトルも拘束速度領域の要素ベク
トルとする。

【０１２９】そして、拘束速度領域の任意のベクトルと
その逆ベクトル（大きさが同じで向きが逆のベクトル）
からなる集合を改めて「拘束速度空間」と定義する。通
常は、拘束速度空間は、全運動速度空間の部分ベクトル
空間になっている。

【０１３０】また、拘束速度領域の任意のベクトルとの
内積が零である（即ち、そのベクトルと直交する）全て
の全運動速度空間内のベクトルの集合を、改めて「自由
速度空間」と呼ぶ。

【０１３１】ここで、拘束速度空間および自由速度空間
内のベクトルを、以下のように定義する。拘束速度空間
の要素である方向ベクトルを、改めて「拘束方向ベクト
ル」と呼び、単に拘束方向というときは、任意の拘束方
向ベクトルの向きを指す。また、自由速度空間の要素で
ある方向ベクトルを、改めて「自由方向ベクトル」と呼
び、単に自由方向というときは、任意の自由方向ベクト
ルの向きを指す。

【０１３２】対象物およびハンドの運動の自由度と拘束
に関する定義を、上記の如く拡張する。これにより、複
数個（本）の腕を備えるロボットが複数個の腕を使って
作業を行う場合でも、全ハンドを拘束方向に動かしてハ
ンドに対象物から反作用（拘束力）を受けさせること
で、全ての対象物の運動に影響を与えることなく、ロボ
ットの動バランスを維持したり、傾いた姿勢を復元する
ことができる。

【０１３３】以下に、複数個の腕による作業の例を示
す。先ず、図１２に示すように、対象物が、高さｈ、前
方ｂに存在するＺ軸まわりの回転だけができる、半径ｒ
の円形なホイール１３０であって、このホイール１３０
を第１ハンドと第２ハンドの計２個のハンドで把持して
回す作業を例として挙げる。

【０１３４】ある瞬間の第１ハンドの座標が（ｂ，−
ｒ，ｈ）であり、第２ハンドの座標が（ｂ，ｒ，ｈ）で
あるとする。この瞬間の自由速度空間は、任意の実数ω
ｚ１を持つハンド速度ベクトル（ｒ＊ωｚ１，０，０，
０，０，ωｚ１，−ｒ＊ωｚ１，０，０，０，０，ωｚ
１）の集合である。これは、対象物の軸まわりに２個の
ハンドを同じ角度だけ回転させる運動を意味する。

【０１３５】この瞬間の拘束速度空間は、任意の実数Ｖ
ｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１，Ｖｘ
２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，ωｘ２，ωｙ２を持つハンド速度
ベクトル（Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，
ωｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，ωｘ２，ωｙ２，−
ｒ＊Ｖｘ１−ωｚ１＋ｒ＊Ｖｘ２）の集合である。例え
ば、ハンド速度ベクトル（Ｖｘ１，０，０，０，０，
０，Ｖｘ１，０，０，０，０，０）は、拘束速度空間の
速度ベクトルである。これは、ホイール１３０の軸の摩
擦が零であるならば、両ハンドをＸ方向に同じ力で押し
ても、ホイール１３０の回転運動に影響を与えないこと
を意味する。

【０１３６】別の例を図１３を参照して説明する。同図
に示すように、第１ハンドで固定物（例えば柱）１４０
を把持しながら、第２ハンドでヒンジ１４２の付いたド
ア１４４を開閉する作業を例に挙げる。

【０１３７】ヒンジ１４２の軸（１４２Ｚ）方向がＺ軸
と平行であり、ヒンジ軸１４２ＺのＸ座標がｂ、ヒンジ
軸のＹ座標がｒ、この瞬間の第２ハンドの座標を（ｂ，
０，ｈ）とする。第１ハンドの座標を（ｂ，−ｃ，ｈ）
とすると、自由速度空間は、任意の実数ωｚ２を持つハ
ンド速度ベクトル（０，０，０，０，０，０，ｒ＊ωｚ
２，０，０，０，０，ωｚ２）の集合である。

【０１３８】また、拘束速度空間は、それに直交するベ
クトル集合なので、任意の実数Ｖｘ１，Ｖｙ１，Ｖｚ
１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１，Ｖｘ２，Ｖｙ２，Ｖｚ
２，ωｘ２，ωｙ２を持つ、ハンド速度ベクトル（Ｖｘ
１，Ｖｙ１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１，Ｖｘ
２，Ｖｙ２，Ｖｚ２，ωｘ２，ωｙ２，−ｒ＊Ｖｘ２）
の集合となる。

【０１３９】例えば、ハンド速度ベクトル（Ｖｘ１，Ｖ
ｙ１，Ｖｚ１，ωｘ１，ωｙ１，ωｚ１，０，０，０，
０，０，０）は、拘束速度空間の速度ベクトルである。
これは、第１ハンドで固定物１４０をどのように押して
も、ドア１４４の回転運動に影響を与えないことを意味
する。

【０１４０】上記のように、複数のハンドから対象物に
対して拘束方向に力を作用させても、対象物にはハンド
以外の支持するものからその力を打ち消す拘束力しか発
生せず、よって自由方向に摩擦力などを発生しないなら
ば、ハンドおよび対象物の運動は変化しない。

【０１４１】従って、上記のように定義を拡張すること
により、複数のハンドによる作業においても、１個のハ
ンドの場合と同じ原理で、対象物の運動制御に干渉せず
に、ロボットの姿勢を安定にすることができる。即ち、
複数のハンドによる作業においても、対象物からハンド
に作用する力の拘束方向成分を制御することにより、対
象物の運動に影響を与えることなく、ロボットの動バラ
ンスを維持したり、傾いた姿勢を復元することができ
る。

【０１４２】尚、一般的に、ハンドが複数、例えばこの
実施の形態のように２個になると、拘束速度空間の次元
がハンドが１個の場合よりも高くなるので、この中から
ロボットの姿勢安定化に効果の高い部分ベクトル空間を
選び出し、その要素ベクトルの方向に拘束力を発生させ
ることにより、ハンドが１個の場合よりも高い効果を得
ることができる。

【０１４３】ドアの開閉作業の例でいえば、ドアの開閉
制御に干渉しないようにロボットの姿勢を復元させるた
めには、１個の腕の場合ではドアに上下方向の力を作用
させるのが最も効果的であるが、２個の腕の例では、ド
アを把持していないハンドで固定物を押すようにするこ
とで、より効果的に動バランスを維持したり、傾いた姿
勢を復元することができる。

【０１４４】以上の原理を前提とし、図５に示す姿勢安
定化メイン制御装置１０６の説明に戻る。

【０１４５】姿勢安定化メイン制御装置１０６は、前記
した３つの手法、即ち、 １）実全床反力モーメントを修正する ２）目標慣性力モーメントと目標重力モーメントを修正
する ３）実対象物反力の成分の内の拘束方向成分を修正する の３つの手法を併用するため、図１４に示すように構成
される。

【０１４６】即ち、姿勢安定化メイン制御装置１０６
は、姿勢安定化用補償モーメント算出器２００、対象物
反力平衡制御装置２０２、対象物反力モーメント偏差分
離器２０４、修正目標対象物反力算出器２０６、および
各種の分配器（具体的には、対象物反力平衡制御用分配
器２０８と補償モーメント分配器２１０）とから構成さ
れる。

【０１４７】姿勢安定化メイン制御装置の各構成要素は
全て、制御周期毎（例えば１００ｍｓｅｃ毎）に演算が
行われる。ＥＣＵ６２の性能上、同時に複数の演算処理
ができない場合には、図１４の矢印上流側から順に演算
処理を実行すれば良い。

【０１４８】以下、姿勢安定化メイン制御装置１０６で
処理される変数およびそれらの構成要素について説明
（定義）する。

【０１４９】上述したように、この発明に係る姿勢制御
装置は、対象物反力の拘束方向成分を制御することによ
り、対象物の運動に影響を与えることなく、ロボット１
の動バランスを維持したり、傾いた姿勢を復元する制御
装置に関する。しかしながら、対象物反力の全ての拘束
方向成分が、ロボット１の動バランスを維持したり傾い
た姿勢を復元する効果を持っているとは限らない。

【０１５０】また、ある拘束方向の目標対象物反力が、
作業目的や対象物の性質上、変更すべきではない場合も
ある。つまり、対象物反力の拘束方向成分の内で、ロボ
ット１の動バランスを維持したり、傾いた姿勢を復元す
るために利用すべき成分を、復元する効果の度合、作業
目的および対象物の性質を考慮して適宜選定すべきであ
る。

【０１５１】そこで、新たに、次の空間と方向を定義す
る。図２４を参照して説明すると、先ず、全運動速度空
間の中で、ロボット１の動バランスを維持したり、傾い
た姿勢を復元するために利用すべき全ての拘束方向によ
って張られるベクトル空間を「操作空間」と呼ぶ。操作
空間は、拘束速度空間の部分ベクトル空間となってい
る。また、操作空間の任意の方向ベクトルを「対象物反
力操作方向」あるいは単に「操作方向」と呼ぶ。図示の
如く、操作空間は、拘束速度空間から作業空間を除い
た、白地の部分に相当する。

【０１５２】全運動速度空間の方向ベクトルの内、任意
の対象物反力操作方向との内積が零である（即ち、その
方向と直交する）ものを「対象物反力非操作方向」ある
いは単に「非操作方向」と呼び、全ての非操作方向が張
る空間を「非操作空間」と呼ぶ。

【０１５３】即ち、非操作空間は、全運動速度空間の部
分ベクトル空間となっており、自由速度空間は、非操作
空間の部分ベクトル空間となっている。また、操作空間
の任意のベクトルと非操作空間の任意のベクトルは直交
する。

【０１５４】尚、操作方向は、コンプライアンス制御の
コンプライアンス定数などと同じく、制御パラメータの
一種と考えられる。この値は、一般には一定ではなく、
作業が進行するにつれて変化する性質のものである。こ
の値をどのように決定すべきかも重要なことであるが、
この発明に係る姿勢制御装置の本質ではないので、この
実施の形態では説明の便宜上、操作方向はあらかじめ作
業目的、作業パターンおよび対象物の性質に基づいて決
定されているものとする（操作方向などは作業中に決定
しても良い）。

【０１５５】以上を前提として姿勢安定化メイン制御装
置１０６の上記した構成要素について詳説する。

【０１５６】姿勢安定化用補償モーメント算出器２００
は、ロボット１の姿勢傾斜偏差、より具体的には実上体
傾斜と目標上体傾斜の差である上体傾斜偏差を零に収束
させるための姿勢安定化用補償モーメント（実全床反力
モーメントの修正に使用するモーメント）を算出する装
置であり、上記手法１）を達成するための構成である。
この装置は、少なくとも、傾斜センサ６０によって検出
された上体傾斜角度と目標作業パターン生成器１００が
生成した目標上体傾斜角度の偏差に応じ、その偏差を減
少するように姿勢安定化用補償モーメントを算出する。

【０１５７】図１５に、姿勢安定化用補償モーメント算
出器２００を最も単純な構成で示す。図示の例では、入
出力共に１次元のスカラ量のように示されているが、実
際には、Ｘ方向成分とＹ方向成分があり、それぞれに対
し、図示の処理が行われる。但し、Ｚ方向成分は、姿勢
安定性に関係がないので無視することとする。

【０１５８】以下、説明すると、先ず実上体傾斜と目標
上体傾斜の差である上体傾斜偏差を求める。次に、姿勢
安定化制御則部２００ａにおいて上体傾斜偏差の微分値
を求め、最後に、式１に従って姿勢安定化用補償モーメ
ントを算出する。 姿勢安定化用補償モーメント＝−ｋｐ＊上体傾斜偏差 −ｋｄ＊上体傾斜偏差の微分値 ・・・式１ ここで、ｋｐとｋｄは制御ゲインである。尚、これ以外
にも、Ｈインフィニティ制御などを用いても良い。

【０１５９】図１４に戻って説明を続けると、対象物反
力平衡制御装置２０２は、検出はできるが予期できない
対象物反力を受けたとき、その対象物反力を考慮しなが
ら目標上体位置姿勢を修正することにより、目標作業パ
ターン生成器１００で生成された目標慣性力モーメント
と目標重力モーメントを修正して動バランスを維持する
制御を行なう装置であり、上記手法２）を達成させるた
めの構成である。

【０１６０】また対象物反力モーメント偏差分離器２０
４は、対象物反力を姿勢安定化に利用する拘束方向の成
分とそれ以外の成分に分離する装置であり、修正目標対
象物反力算出器２０６は対象物反力に姿勢安定化に必要
な目標拘束力を加えた目標対象物反力を算出する装置で
ある。

【０１６１】これら２つの装置２０４，２０６に各種分
配器（対象物反力平衡制御用分配器２０８と補償モーメ
ント分配器２１０）を加えたものが、上記手法３）を達
成するための構成である。尚、それら装置の詳細は後述
する。

【０１６２】先ず、対象物反力モーメント偏差分離器２
０４を説明すると、ハンド４０Ｒ（Ｌ）の力センサ５８
で検出される実ハンド力は、ハンド基準点に作用する力
と力のモーメントを、ハンド内にローカルに設定された
座標系で表現したものとする。ここで、ハンド基準点
は、ハンド４０Ｒ（Ｌ）の位置を表わすためのハンド内
の基準点である。また、ハンド内にローカルに設定され
た前記座標系の原点は、ハンド基準点に設定する。

【０１６３】ところで、ハンド位置姿勢は、ハンド内に
ローカルに設定された前記座標系を支持脚座標系から見
たときの原点位置と座標系の向きを表す。より具体的に
は、前記原点位置はベクトルで、前記座標系の向きは３
行３列マトリックスで表現される。あるいは、ロボット
工学で良く用いられる表現である、前記原点位置と前記
座標系の向きをまとめて表現する同次行列を用いても良
い。

【０１６４】また、ハンド４０Ｒ（Ｌ）の実際の位置姿
勢は、前記した腕メイン制御装置１０４によってアクチ
ュエータ変位指令を介して駆動されることにより、ほぼ
最終修正目標ハンド位置姿勢にあると考えられるので、
ハンド内にローカルに設定された前記座標系は、最終修
正目標ハンド位置姿勢を基準とした座標系であると考え
ても良い。

【０１６５】図１６は対象物反力モーメント偏差分離器
２０４の構成を示すブロック図である。同図を参照して
説明すると、対象物反力モーメント偏差分離器２０４は
実対象物反力モーメント成分分離器２０４ａを備え、そ
の分離器２０４ａは支持脚座標系から見た最終修正目標
ハンド姿勢を入力し、実ハンド力を支持脚座標系の値に
変換する。支持脚座標系に変換された実ハンド力も、ハ
ンド基準点に作用する力と力のモーメントで表現され
る。尚、支持脚座標系に変換された実ハンド力の作用点
を全床反力中心点に変換したものが、実対象物反力であ
る。即ち、これらは表現は異なるが、同一のものを意味
している。

【０１６６】ハンドがｎ個ある場合、支持脚座標系に変
換された実ハンド力は、各ハンドの実ハンド力の各成分
を順番に並べた１つのベクトルで表現される。即ち、全
運動速度空間でのベクトルで表現される。より具体的に
は、（Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ１
ｚ，Ｆ２ｘ，Ｆ２ｙ，Ｆ２ｚ，Ｍ２ｘ，Ｍ２ｙ，Ｍ２
ｚ，・・・，Ｍｎｚ）の形で表現される。但し、ここ
で、Ｆｊｘ, Ｆｊｙ, Ｆｊｚは第ｊハンドの基準点に作
用する力のｘ，ｙ，ｚ成分、Ｍｊｘ，Ｍｊｙ, Ｍｊｚは
第ｊハンドの基準点に作用する力のモーメントのｘ，
ｙ，ｚ成分を表わす。

【０１６７】次に、分離器２０４ａは、支持脚座標系に
変換した実ハンド力を、あらかじめ選定された操作方向
に従って操作方向成分と非操作方向成分に分離する。
尚、ここで注意すべき点は、各成分は、前述したように
全運動速度空間のベクトルであって、現実の３次元空間
のベクトルではないことである。

【０１６８】具体的には、分離器２０４ａは、次のよう
な演算によって分離する。先ず、操作空間がｍ次元であ
ったとすると、操作空間の直交基底ベクトルをＡ１，Ａ
２，・・・，Ａｍとする。また、非操作空間の直交基底
ベクトルをＢ１，Ｂ２，・・・，Ｂｅとする。ここで、
ｍとｅの和はハンドの個数の６倍である。

【０１６９】次いで、支持脚座標系に変換された実ハン
ド力のベクトルを、Ｆと記述する。また、実ハンド力の
操作方向成分をＦａ、実ハンド力の非操作方向成分をＦ
ｂと記述する。これらのベクトルは全運動速度空間のベ
クトルである。

【０１７０】実ハンド力の操作方向成分Ｆａと実ハンド
力の非操作方向成分Ｆｂは、式２によって求められる。 Ｆａ＝（Ａ１＋Ａ２＋・・・＋Ａｍ）＊Ｆ Ｆｂ＝（Ｂ１＋Ｂ２＋・・・＋Ｂｅ）＊Ｆ ・・・式２

【０１７１】次に、分離器２０４ａは、最終修正目標ハ
ンド位置姿勢および実ハンド力の操作方向成分Ｆａに基
づき、実ハンド力の操作方向成分Ｆａの全ての成分が、
目標全床反力中心点まわりに作用する力の和を求める。
これを「目標全床反力中心点まわりの実対象物反力操作
方向成分和」と呼ぶ。この力は、３次元空間での力と力
のモーメントで表現される。座標系としては支持脚座標
系を用いる。また目標全床反力中心点まわりの実対象物
反力操作方向成分の内のモーメント成分を「目標全床反
力中心点まわりの実対象物反力モーメント操作方向成分
和」と呼ぶ。

【０１７２】次に、分離器２０４ａは、最終修正目標ハ
ンド位置姿勢および実ハンド力の非操作方向成分Ｆｂに
基づき、実ハンド力の非操作方向成分Ｆｂの全ての成分
が、目標全床反力中心点に作用する力の和を求める。こ
れを「目標全床反力中心点まわりの実対象物反力非操作
方向成分和」と呼ぶ。この力も、３次元空間での力と力
のモーメントで表現される。座標系としては支持脚座標
系を用いる。また目標全床反力中心点まわりの実対象物
反力非操作方向成分の内のモーメント成分を「目標全床
反力中心点まわりの実対象物反力モーメント非操作方向
成分和」と呼ぶ。

【０１７３】また、対象物反力モーメント偏差分離器２
０４は目標ハンド位置作用点変換器２０４ｂを備え、そ
の変換器２０４ｂも、上記のような処理（演算）を目標
対象物反力に対しても行う。目標対象物反力も、実ハン
ド力と同様、全運動速度空間のベクトルである。具体的
には先ず、目標対象物反力は目標全床反力中心点を作用
点として表現されているので、変換器２０４ｂは、この
作用点を一旦、目標ハンド位置（目標ハンドの基準点位
置）を作用点とする力と力のモーメントに変換する。こ
れを「目標ハンド位置を作用点とする目標対象物反力」
と呼ぶ。

【０１７４】さらに、対象物反力モーメント偏差分離器
２０４は目標対象物反力モーメント成分分離器２０４ｃ
を備え、分離器２０４ｃは、上記と同様の処理によって
操作方向成分と非操作方向成分に分離する。これらをそ
れぞれ「目標ハンド位置を作用点とする目標対象物反力
の操作方向成分」および「目標ハンド位置を作用点とす
る目標対象物反力の非操作方向成分」と呼ぶ。

【０１７５】次に、分離器２０４ｃは、目標ハンド位置
を作用点とする目標対象物反力の操作方向成分および目
標ハンド位置（目標ハンドの基準点位置）に基づき、目
標対象物反力の操作方向成分の全ての成分が、目標全床
反力中心点に作用する力の和を求める。これを「目標全
床反力中心点まわりの目標対象物反力操作方向成分和」
と呼ぶ。この力は、３次元空間での力と力のモーメント
で表現される。座標系としては支持脚座標系を用いる。
また、目標全床反力中心点まわりの目標対象物反力操作
方向成分の内のモーメント成分を「目標全床反力中心点
まわりの目標対象物反力モーメント操作方向成分和」と
呼ぶ。

【０１７６】次に、分離器２０４ｃは、目標ハンド位置
を作用点とする目標対象物反力の非操作方向成分および
目標ハンド位置（目標ハンドの基準点位置）に基づき、
目標対象物反力の非操作方向成分の全ての成分が、目標
全床反力中心点に作用する力の和を求める。これを「目
標全床反力中心点まわりの目標対象物反力非操作方向成
分和」と呼ぶ。この力も、３次元空間での力と力のモー
メントで表現される。座標系としては支持脚座標系を用
いる。また、目標全床反力中心点まわりの目標対象物反
力非操作方向成分の内のモーメント成分を「目標全床反
力中心点まわりの目標対象物反力モーメント非操作方向
成分和」と呼ぶ。

【０１７７】次いで、加算点２０４ｄにおいて、かくし
て得られた目標全床反力中心点まわりの実対象物反力モ
ーメント操作方向成分和から目標全床反力中心点まわり
の目標対象物反力モーメント操作方向成分和を減じるこ
とにより、目標全床反力中心点まわりの対象物反力偏差
モーメント操作方向成分和を得る。

【０１７８】また、加算点２０４ｅにおいて、目標全床
反力中心点まわりの実対象物反力モーメント非操作方向
成分和から目標全床反力中心点まわりの目標対象物反力
モーメント非操作方向成分和を減じることにより、目標
全床反力中心点まわりの対象物反力偏差モーメント非操
作方向成分和を得る。

【０１７９】尚、目標全床反力中心点まわりの対象物反
力偏差の内のモーメント成分を除く成分は、ロボット１
の姿勢にあまり関与しないので、この実施の形態では無
視することとした。また、最終修正目標ハンド位置姿勢
を用いる代り、脚部リンク２および腕部リンク５の実関
節角を用いてキネマティクス演算によって算出される実
ハンド位置姿勢を用いても良い。

【０１８０】図１４の説明に戻ると、上記のようにして
得た目標全床反力中心点まわりの対象物反力偏差モーメ
ント操作方向成分和は、後に述べるように補償全床反力
モーメントの算出に使用される。他方、目標全床反力中
心点まわりの対象物反力偏差モーメント非操作方向成分
和は、対象物反力平衡制御用分配器２０８に入力され
る。

【０１８１】この対象物反力平衡制御用分配器２０８を
図１７を参照して説明すると、分配器２０８は関数２０
８ａ，２０８ｂを備え、対象物反力平衡制御用分配器２
０８は、それら関数２０８ａ，２０８ｂに目標全床反力
中心点まわりの対象物反力偏差モーメント非操作方向成
分和を入力し、対象物反力平衡制御で平衡をとるべき対
象物反力偏差モーメント和と、対象物反力平衡制御以外
で平衡をとるべき対象物反力偏差モーメント和を出力さ
せる。

【０１８２】尚、対象物反力平衡制御とは、前述の手法
２）を達成するために対象物反力平衡制御装置２０２で
行なわれる制御であり、概説すると、前記したように、
上体位置をずらすことによって重力モーメントを発生さ
せ、よって対象物反力偏差モーメント和を打ち消す制御
である。

【０１８３】また、図１７に示す例では、入出力共に１
次元のスカラ量のように示されているが、実際には、Ｘ
方向成分とＹ方向成分があり、それぞれに対して図示の
処理が行われる。但し、Ｚ方向成分は、姿勢安定性に関
係がないので無視することとする。

【０１８４】図示の如く、対象物反力平衡制御で平衡を
とるべき対象物反力偏差モーメント和を出力する関数２
０８ａとしては、上下限リミッタ特性（飽和特性）を持
った関数を用いると共に、対象物反力平衡制御以外で平
衡をとるべき対象物反力偏差モーメント和を出力する関
数２０８ｂとしては不感帯特性を持った関数を用いる。

【０１８５】このような関数特性を持たせた場合、動バ
ランスを維持するために、目標全床反力中心点まわりの
対象物反力偏差モーメント非操作方向成分和の絶対値が
ある設定値以下のとき、そのモーメントを対象物反力平
衡制御によって打ち消し、そのモーメントが設定値を越
えたとき、超えた分を主にハンドの拘束方向に対象物反
力を発生させて打ち消すように制御系が働く。即ち、前
記上下限リミッタ特性を持たすことにより、上体位置の
ずらし量に制限を持たせ、幾何学的に無理な姿勢になる
のを防止することができる。

【０１８６】尚、入出力関係を決定する２つの関数２０
８ａ，２０８ｂには、図示例以外の関数を用いても良
い。例えば、図１８に２０８ｃ，２０８ｄで示すような
曲線でも良い。図１７および図１８のいずれにしても、
ロボット１の特性、対象物の特性および作業内容に応
じ、関数を選定すべきである。

【０１８７】また、入出力関係を決定する２つの関数の
出力和は、基本的には入力に一致させるべきであるが、
厳密に一致させる必要はない。特に、脚コンプライアン
ス制御や腕コンプライアンス制御は、目標値の絶対値が
大きいと、発生する力が目標に対して小さめになりやす
い傾向があるので、これを補正する意味で、入力の絶対
値が大きい領域では、関数出力の和の絶対値を入力の絶
対値より大きくした方が良い場合もある。また、Ｘ方向
成分とＹ方向成分を独立して分配するのでなく、Ｘ方向
成分とＹ方向成分の両方を入力とした２入力関数を用い
て、各出力を決定しても良い。

【０１８８】図１４の説明に戻ると、対象物反力平衡制
御用分配器２０８でかくして分配された、対象物反力平
衡制御以外で平衡をとるべき対象物反力偏差モーメント
和は、さらに乗算点２１４で−１倍されて極性が反転さ
せられ、対象物反力平衡制御以外の手段に要求される対
象物反力補償モーメントとして補償モーメント分配器２
１０に入力される。また、対象物反力平衡制御で平衡を
とるべき対象物反力偏差モーメント和は、対象物反力平
衡制御装置２０２に入力される。

【０１８９】次いで、先に概説した対象物反力平衡制御
装置２０２について詳細に説明する。

【０１９０】先ずその機能について概説すると、対象物
反力平衡制御装置２０２は、上述したように目標上体位
置姿勢などを入力し、対象物反力平衡制御で平衡をとる
べき対象物反力偏差モーメント和に動力学的に平衡する
ように目標上体位置姿勢と目標全床反力を修正し、修正
目標上体位置姿勢と対象物反力平衡制御用補償全床反力
モーメントを出力する。

【０１９１】即ち、装置２０２は、長期的には、目標上
体位置姿勢をずらすことによって発生する重力モーメン
トが、対象物反力平衡制御で平衡をとるべき対象物反力
偏差モーメント和に動力学的に平衡し、目標全床反力の
修正量が零に戻る特徴を持つ。

【０１９２】前述の如く、対象物反力平衡制御装置２０
２は上記手法２）を解決するための構成であり、本出願
人が既に特開平１０−２３０４８５号公報で提案してい
る技術であるが、この実施の形態においては、かかる公
報に記載される対象物反力平衡制御装置の後半部の構成
のみが使用されると共に、「対象物反力偏差」が入力さ
れていた部分に、前記した「対象物反力平衡制御で平衡
をとるべき対象物反力偏差モーメント和」が入力される
ように変更された点で異なる。

【０１９３】図１９は対象物反力平衡制御装置２０２の
構成を示すブロック図であり、最終到達目標重心位置摂
動量算出部２０２ａ、モデル制御則演算器２０２ｂ、お
よび摂動動力学モデル２０２ｃを備える。

【０１９４】これらへの入力は、対象物反力平衡制御で
平衡をとるべき対象物反力偏差モーメント和、目標上体
位置姿勢、最終修正目標ハンド位置姿勢、最終修正目標
上体位置姿勢、最終修正目標足部位置姿勢である。尚、
この内、最終修正目標ハンド位置姿勢、最終修正目標上
体位置姿勢および最終修正目標足部位置姿勢は、対象物
反力平衡制御において近似演算を用いる場合、即ち、摂
動動力学モデル２０２ｃが近似モデルである場合には不
要である。

【０１９５】尚、前述の姿勢安定化用補償モーメント
は、部分的にも対象物反力平衡制御装置２０２には入力
されない。姿勢安定化用補償モーメントは、姿勢が傾い
た結果ずれた重心位置を復元させるためにロボットに外
部から与えられるべきモーメントであるが、対象物反力
平衡制御装置２０２の機能は、目標姿勢の重心をずらす
ことによって定常的な対象物反力偏差を打ち消すことで
あり、姿勢が傾いた結果ずれた重心を復元することはで
きないためである。

【０１９６】以下詳説すると、入力された対象物反力平
衡制御で平衡をとるべき対象物反力偏差モーメント和
は、最終到達目標重心摂動量算出部２０２ａに入力され
る。

【０１９７】この対象物反力平衡制御で平衡をとるべき
対象物反力偏差モーメント和を長期的に打ち消してバラ
ンスをとるための重心摂動量を「最終到達目標重心位置
摂動量」と呼ぶ。最終到達目標重心位置摂動量算出部２
０２ａは、上記和から最終到達目標重心位置摂動量を算
出して出力する。

【０１９８】最終到達目標重心位置摂動量は、モデル制
御則演算器２０２ｂに入力される。モデル制御則演算器
２０２ｂについて説明すると、最終到達目標重心位置摂
動量と、摂動動力学モデル２０２ｃが出力する目標重心
位置摂動量との差を重心変位偏差とすると、モデル制御
則演算器２０２ｂは、この重心変位偏差を零に収束させ
るためのモーメントである対象物反力平衡制御用補償全
床反力モーメントをＰＤ制御則によって決定して出力す
る。

【０１９９】尚、摂動動力学モデル２０２ｃは、目標作
業パターンの運動（摂動）に、ある拘束条件を与えてお
いた場合の、モデルのための目標全床反力モーメント摂
動量と上体位置姿勢摂動量との関係を表すモデルであ
る。

【０２００】モデル制御則演算器２０２ｂの出力直後の
加算点２０２ｄについて説明すると、加算点２０２ｄに
よって、摂動動力学モデルには、対象物反力平衡制御用
補償全床反力モーメントと、対象物反力平衡制御で平衡
をとるべき対象物反力偏差モーメント和が加算されたも
のが、モデルのための目標全床反力モーメント摂動量
（モデル入力量）として入力され、その入力に対応する
ように前記摂動動力学モデルによって上体位置姿勢摂動
量が算出される。それが加算点２０２ｄで目標上体位置
姿勢に加算され、修正目標上体位置姿勢が出力される。

【０２０１】図１４の説明に戻ると、このように、対象
物反力平衡制御装置２０２の出力は、入力した目標上体
位置姿勢を修正した修正目標上体位置姿勢と、対象物反
力平衡制御用補償全床反力モーメントである。出力され
た対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントは、同
図に示すように、続いて述べる補償モーメント分配器２
１０に入力される。

【０２０２】尚、上記で、装置２０２から対象物反力平
衡制御用補償全床反力の内のモーメント成分のみが出力
されるようにしたのは、対象物反力平衡制御用補償全床
反力の内、ロボットの姿勢安定化のための特に重要な成
分は、Ｘ軸まわりモーメント成分とＹ軸まわりモーメン
ト成分であるためである。モーメント成分以外も考慮し
た制御系にした方がより良いが、顕著な効果は期待でき
ない。

【０２０３】次いで、補償モーメント分配器２１０につ
いて説明する。補償モーメント分配器２１０は、図２０
に示すように、対象物反力平衡制御用補償全床反力モー
メント、対象物反力平衡制御以外の手段に要求される対
象物反力補償モーメントおよび姿勢安定化用補償モーメ
ントを入力し、それらを目標拘束力モーメントと補償全
床反力主モーメントに分配する、２つの関数を備える。

【０２０４】ここで、対象物反力平衡制御以外の手段に
要求される対象物反力補償モーメントは、前記したよう
に、対象物反力平衡制御以外の手段で平衡をとるべき対
象物反力偏差モーメント和を乗算点２１４で−１倍した
値である。

【０２０５】また、目標拘束力モーメントは、前記入力
の内で、拘束方向の対象物反力によって目標全床反力中
心点まわりに発生させるべきモーメントであり、補償全
床反力主モーメントは、前記入力の内で、目標全床反力
中心点まわりに全床反力によって発生させるべきモーメ
ントである。

【０２０６】以下、図２０を参照して分配処理について
説明する。尚、図示の例では入出力共に１次元のスカラ
量のように示されているが、実際にはＸ方向成分とＹ方
向成分があり、それぞれに対して処理が行われる。但
し、Ｚ方向成分は姿勢安定性に関係がないので無視する
こととする。

【０２０７】分配器２１０は加算点２１０ａを備え、加
算点２１０ａで対象物反力平衡制御用補償全床反力モー
メントと、対象物反力平衡制御以外の手段に要求される
対象物反力補償モーメントの和を求めて２つの関数に入
力する。ここで、姿勢安定化用補償モーメントをｕ、前
記和をｖと置き、前記した２つの関数の中の１つである
関数ｇ１（ｕ，ｖ）の値を求め、これを補償全床反力主
モーメントとする。また、他方の関数ｇ２（ｕ，ｖ）の
値を求め、これを目標拘束力モーメントとする。但し、
それぞれの関数は２入力１出力の関数である。

【０２０８】この関数は、例えば以下に示す式のように
すれば良い。尚、式中のＣｍａｘおよびＣｍｉｎは設定
値である。 ｕ＋ｖ＞Ｃｍａｘのとき ｇ１（ｕ，ｖ）＝Ｃｍａｘ ｕ＋ｖ＜Ｃｍｉｎのとき ｇ１（ｕ，ｖ）＝Ｃｍｉｎ Ｃｍｉｎ≦ｕ＋ｖ≦Ｃｍａｘのとき ｇ１（ｕ，ｖ）＝ｕ＋ｖ ・・・式３ ｇ２（ｕ，ｖ）＝ｕ＋ｖ−ｇ１（ｕ，ｖ） ・・・式４

【０２０９】図２０では、式３、式４で表わされる関数
を、入力ｕと入力ｖを水平面上の直交軸とし、出力値を
高さで表している。

【０２１０】基本的には、補償モーメント分配器の入力
和（対象物反力平衡制御用補償全床反力モーメントと対
象物反力平衡制御以外の手段に要求される対象物反力補
償モーメントと、姿勢安定化用補償モーメントの和）
が、出力和（目標拘束力モーメントと補償全床反力主モ
ーメントの和）に一致するように、２つの関数を選定す
べきである。即ち、ｇ１（ｕ，ｖ）＋ｇ２（ｕ，ｖ）＝
ｕ＋ｖが恒等的に成立するように、２つの関数を選定す
べきである。

【０２１１】尚、対象物反力平衡制御用補償全床反力モ
ーメントをｕ、対象物反力平衡制御以外の手段に要求さ
れる対象物反力補償モーメントをｖ、姿勢安定化用補償
モーメントをｗと置き、補償全床反力主モーメントと目
標拘束力モーメントを、それぞれ３入力の関数ｇ１
（ｕ，ｖ，ｗ）、関数ｇ２（ｕ，ｖ，ｗ）の値によって
決定しても良い。

【０２１２】その場合でも、基本的には、ｇ１（ｕ，
ｖ，ｗ）＋ｇ２（ｕ，ｖ，ｗ）＝ｕ＋ｖ＋ｗが恒等的に
成立するように関数を選定すべきである。しかしなが
ら、複合コンプライアンス制御などの制御偏差を考慮
し、出力和を大きめにしても良い。特に、姿勢安定化用
補償モーメントはフィードバック量であるから、姿勢安
定化用補償モーメントに影響を受けた出力成分の和が、
姿勢安定化用補償モーメントと数十パーセント違ってい
てもあまり問題にならない。

【０２１３】図１４の説明に戻ると、補償モーメント分
配器２１０から出力される、一方のモーメントである目
標拘束力モーメントは、加算点２１５に送られ、そこで
前述の目標全床反力中心点まわりの対象物反力偏差モー
メント操作方向成分和から減算される。

【０２１４】また、補償モーメント分配器２１０から出
力される、他方のモーメントである補償全床反力主モー
メントから加算点２１６で、前述の目標全床反力中心点
まわりの対象物反力偏差モーメント操作方向成分和と目
標拘束力モーメントの差が減算され、補償全床反力モー
メントが出力される。

【０２１５】但し、腕アクチュエータ９２のコンプライ
アンス制御の能力が高く、目標全床反力中心点まわりの
対象物反力偏差モーメント操作方向成分和がほぼ目標拘
束力モーメントに一致するように制御される場合、加算
点２１６で目標全床反力中心点まわりの対象物反力偏差
モーメント操作方向成分和と目標拘束力モーメントの差
を減じることなく、補償全床反力主モーメントをそのま
ま補償全床反力モーメントとしても良い。

【０２１６】尚、加算点２１６を削除し、補償全床反力
モーメントを補償全床反力主モーメントとし、その代わ
りに、対象物反力平衡制御で平衡をとるべき対象物反力
偏差モーメント和から、目標全床反力中心点まわりの対
象物反力偏差モーメント操作方向成分和と目標拘束力モ
ーメントの差（加算点２１５の出力）を減じるようにし
ても良い。

【０２１７】前記した目標拘束力モーメントは、修正目
標対象物反力算出器２０６にも入力される。

【０２１８】図２１に、修正目標対象物反力算出器２０
６の構成を示す。同図に示すように、修正目標対象物反
力算出器２０６は、目標ハンド位置姿勢（あるいは最終
修正目標ハンド位置姿勢）、目標拘束力モーメント、目
標全床反力中心点位置、操作方向および目標対象物反力
を入力し、それら入力に基づいて修正目標対象物反力を
算出して出力する。

【０２１９】以下、その処理について説明すると、算出
器２０６は目標ハンド力修正量決定器２０６ａ、変換器
２０６ｂおよび加算点２０６ｃを備える。目標ハンド力
修正量決定器２０６ａは、目標ハンド位置（あるいは最
終修正目標ハンド位置）を作用点とするように表現され
た目標対象物反力の修正量である目標ハンド力修正量を
以下のように決定する。

【０２２０】即ち、決定器２０６ａは、目標ハンド力修
正量が目標ハンド位置（あるいは最終修正目標ハンド位
置）に作用したときに、目標全床反力中心点に作用する
モーメントの和と目標拘束力モーメントの差が零に近づ
くように、目標ハンド力修正量を決定する。但し、決定
器２０６ａは、目標ハンド力修正量が、操作方向の力と
力のモーメントであって、非操作方向成分を含まないよ
うに決定する。尚、目標ハンド力修正量は、支持脚座標
系で表現される。

【０２２１】最も簡単な決定法を以下に示す。先ず、操
作方向の内のある２つのベクトルを自由に選択する。各
ベクトルは、操作空間の直交基底ベクトルＡ１，Ａ２，
・・・，Ａｍを適当に線形結合させることによって得ら
れる。このベクトルをそれぞれＱ１，Ｑ２とする。

【０２２２】次いで目標ハンド力修正量を、ａＱ１＋ｂ
Ｑ２の形とする。ここで、ａ，ｂは係数である。

【０２２３】目標ハンド力修正量ａＱ１＋ｂＱ２が目標
ハンド位置（あるいは最終修正目標ハンド位置）に作用
したとき、目標全床反力中心点に作用する合力のモーメ
ントＭを、力学演算により求める。

【０２２４】求められたＭのＸ成分をＭｘ、Ｙ成分をＭ
ｙとすると、Ｍｘ，Ｍｙとａ，ｂの関係は、次の連立１
次方程式の形になる。ここで、ｋ１１，ｋ１２，ｋ２１
およびｋ２２は係数である。 Ｍｘ =ａｋ１１＋ｂｋ１２ Ｍｙ =ａｋ２１＋ｂｋ２２ ・・・式５

【０２２５】次に、Ｍｘが目標拘束力モーメントのＸ成
分、Ｍｙが目標拘束力モーメントのＹ成分に一致するよ
うに、ａおよびｂを決定する。具体的には、式５の連立
方程式をａおよびｂに関して解き、Ｍｘに目標拘束力モ
ーメントのＸ成分の値、Ｍｙに目標拘束力モーメントの
Ｙ成分の値を代入することにより、ａおよびｂを得る。

【０２２６】次に、前記ベクトルＱ１，Ｑ２および前記
ａ，ｂを用いて目標ハンド力修正量ａＱ１＋ｂＱ２の値
を得る。得られた修正量は変換器２０６ｂに入力され、
変換器２０６ｂは、目標ハンド力修正量を、作用点を目
標ハンド位置（あるいは最終修正目標ハンド位置）から
全床反力中心点に変更した表現に変換することにより、
全床反力中心点を作用点とする目標対象物反力修正量を
出力する。

【０２２７】最後に、加算点２０６ｃで、全床反力中心
点を作用点とする目標対象物反力に、全床反力中心点を
作用点とする目標対象物反力修正量を加えることによ
り、全床反力中心点を作用点とする修正目標対象物反力
が出力される。尚、修正目標対象物反力は、全運動速度
空間でのベクトルである。

【０２２８】図１４の説明に戻ると、以上のようにして
得た修正目標対象物反力および前記した修正目標上体位
置姿勢ならびに補償全床反力モーメントが、姿勢安定化
メイン制御装置１０６の最終的な出力となる。そして、
図５に示すように、修正目標対象物反力が腕メイン制御
装置１０４に、補償全床反力モーメントが脚メイン制御
装置１０２に、修正目標上体位置姿勢がその両方に入力
される。

【０２２９】脚メイン制御装置１０２と腕メイン制御装
置１０４の機能を再説すると、脚メイン制御装置１０２
では、前述のように、目標全床反力中心点位置に作用す
る実全床反力のモーメント成分が、目標全床反力モーメ
ント（通常は零）と補償全床反力モーメントの和に一致
するように目標足部位置姿勢を修正し、さらに、修正目
標上体位置姿勢と修正された目標足部位置姿勢から決定
される目標脚関節変位に実関節変位が追従するように、
アクチュエータ変位指令を出力して脚関節アクチュエー
タを制御する。

【０２３０】また、腕メイン制御装置１０４では、前述
のように、ハンド４０Ｒ（Ｌ）の力センサ５８によって
検出される実対象物反力（実ハンド力）と修正目標対象
物反力の差に応じ、差が零に近づくように、ＰＤ制御な
どによって目標ハンド位置姿勢を修正する。さらに、修
正目標上体位置姿勢（あるいは最終修正目標上体位置姿
勢）と修正された目標ハンド位置姿勢から決定される目
標腕関節変位に実関節変位が追従するように、アクチュ
エータ変位指令を出力して腕関節アクチュエータを制御
する。

【０２３１】以上のように、姿勢安定化メイン制御装置
１０６は、目標全床反力中心点に作用する対象物反力偏
差モーメントを、操作方向成分と非操作方向成分とに分
離し、前記非操作方向成分によって発生する動力学的ア
ンバランスを、その一部を対象物反力平衡制御装置によ
って打ち消し、残りを、目標全床反力中心点に作用すべ
き目標対象物反力モーメント操作方向成分を修正するこ
とにより、言い換えれば、腕の動作を修正して前記操作
方向成分を変化させることにより打ち消すように構成し
た。

【０２３２】換言すれば、先の提案技術において、対象
物から受ける予期せぬ反力が急激に変化したとき、対象
物反力平衡制御装置２０２によって行なわれていた、足
部２２Ｒ（Ｌ）（および脚部リンク２）を動かして踏み
止めさせる（踏ん張らせる）動作を、腕部リンク５の動
作によって軽減、あるいはなくすことができる。このた
め、全床反力モーメントが限界を越えて発生する恐れが
なく、よってロボット１の動バランスを維持することが
でき、ロボットが傾いたり、転倒したりすることを防止
できる。

【０２３３】また、操作方向成分が変化するように腕の
動作を修正することから、ロボット１の動バランスを維
持したり、傾いた姿勢を復元しても、対象物の運動に影
響を与えることがない。

【０２３４】最後に、上記した制御系の安定性について
説明する。

【０２３５】目標全床反力中心点に作用すべき目標対象
物反力モーメント操作方向成分の修正量である目標拘束
力モーメントと、目標全床反力中心点まわりの対象物反
力偏差モーメントの操作方向成分和と非操作方向成分和
の関係は、前記した図１４に示すようになる。

【０２３６】理解の便宜のため、姿勢安定化メイン制御
装置１０６において対象物反力モーメント偏差分離器２
０４が分離する、目標全床反力中心点に作用する対象物
反力偏差モーメントの操作方向成分和と非操作方向成分
和の内、非操作方向成分和によって発生する動力学的ア
ンバランスを全て目標全床反力中心点に作用すべき目標
対象物反力モーメント操作方向成分を修正することによ
って打ち消すように構成したと仮定する。即ち、対象物
反力平衡制御を働かせない場合を想定する。

【０２３７】その場合、腕制御系（図５に示す腕メイン
制御装置１０４やアクチュエータ９２、アクチュエータ
駆動装置８８などからなる制御系）と姿勢安定化メイン
制御装置１０６からなる制御系は、対象物反力に注目す
ると、図２２のように簡略化することができる。尚、図
２２における外乱モーメントは、対象物に想定していた
性質と異なる性質を持っていたため、対象物が予期せぬ
挙動を示したことによって発生する対象物反力、即ち、
想定外の対象物反力である。例えば、対象物に発生する
摩擦が、想定していたものと異なっていたことによって
発生する。外乱モーメントの中の操作方向成分を「外乱
モーメント操作方向成分」、非操作方向成分を「外乱モ
ーメント非操作方向成分」と呼ぶ。

【０２３８】図２２で加算点２２０で入力される外乱モ
ーメント非操作方向成分が変化すると、これを打ち消す
ように目標拘束力モーメントが決定され、加算点２２２
で加算されることで、目標全床反力中心点まわりの目標
対象物反力モーメント操作方向成分和が修正され、操作
方向腕コンプライアンス制御部で目標ハンド位置姿勢が
修正量だけ修正され、さらに腕部リンク５のアクチュエ
ータ変位指令が修正され、ロボット１の腕部リンク５が
駆動されて動バランスが保持される。また、外乱モーメ
ント操作方向成分が変化しても、腕のコンプライアンス
制御への目標値は変化しない。

【０２３９】他方、姿勢安定化メイン制御装置１０６
が、前記非操作方向成分和によって発生する動力学的ア
ンバランスを、目標全床反力中心点に作用すべき目標対
象物反力モーメント非操作方向成分和を修正することに
よって打ち消すように構成したと仮定すると、腕制御系
と姿勢安定化メイン制御装置１０６からなる制御系は、
対象物反力に注目すると、図２３のように簡略化するこ
とができる。

【０２４０】この場合、姿勢安定化メイン制御装置を含
むフィードバックループは正帰還となり、発散する。

【０２４１】即ち、目標全床反力中心点まわりの対象物
反力偏差モーメント非操作方向成分和から姿勢安定化メ
イン制御装置によって目標拘束力モーメントが算出さ
れ、それが加算点２２６で入力（目標全床反力中心点ま
わりの目標対象物反力モーメント非操作方向成分和）に
加算されて目標全床反力中心点まわりの修正目標対象物
反力モーメント非操作方向成分和が算出され、それが加
算点２２８で目標全床反力中心点まわりの実対象物反力
モーメント非操作方向成分和から減算され、目標全床反
力中心点まわりの対象物反力偏差モーメント非操作方向
成分和が算出されるまでのフィードバックループは、正
帰還となり、発散する。

【０２４２】即ち、図２３に示す構成においては、ひと
たび外乱モーメント非操作方向成分が発生すると、これ
を打ち消そうと目標全床反力中心点まわりの修正目標対
象物反力モーメント非操作方向成分和が限りなく増加あ
るいは減少して発散することとなる。

【０２４３】それに対し、この実施の形態に係る移動ロ
ボットの姿勢制御装置にあっては、図１４などに示す如
く、目標全床反力中心点まわりの対象物反力モーメント
を操作方向成分和と非操作方向成分和に分離し、かつ、
図２２に示す如く、正帰還にならないようにフィードバ
ックループを構成することにより、このような発散を防
ぐようにした。即ち、非操作方向側でフィードバックさ
れた値が操作方向側に加算されるように構成すること
で、そのような発散を防ぐようにした。

【０２４４】図２５は、この発明の第２の実施の形態に
係る移動ロボットの姿勢制御装置である。

【０２４５】第１の実施の形態と相違する点に焦点をお
いて説明すると、第２の実施の形態においては、対象物
反力平衡制御用分配器２０８の出力の中、対象物反力平
衡制御で平衡をとるべき対象物反力偏差モーメント和を
零（同図に破線で示す）とすると共に、分配器２０８の
出力を全てそれ以外の手段で平衡をとるべき対象物反力
偏差モーメント和とした。

【０２４６】尚、残余の構成および効果は第１の実施の
形態のそれと異ならない。第２の実施の形態に係る移動
ロボットの姿勢制御装置は上記の如く構成したので、第
１の実施の形態に係る装置と同様の効果を得ることがで
きる。

【０２４７】図２６は、この発明の第３の実施の形態に
係る移動ロボットの姿勢制御装置である。

【０２４８】第１の実施の形態と相違する点に焦点をお
いて説明すると、第３の実施の形態においては、２足の
脚式移動ロボット１に代え、図示のような車輪式の移動
ロボットについて姿勢制御を行うようにした。

【０２４９】以下、説明すると、図示の車輪式の移動ロ
ボット３００は、円筒形の基体（上体）３０２と、それ
に上下（Ｚ軸方向）にストロークするアクティブサスペ
ンション（図示せず）を介して取りつけられる４個の車
輪（図で２個のみ示す）３０４を備える。基体３０２の
上部にはマウント３０６が回転自在に取りつけられると
共に、その上に１個の屈曲自在なアーム（腕部リンク）
３１０が取りつけられる。

【０２５０】即ち、アーム３１０は、マウント３０６に
取りつけられる第１リンク３１０ａと、第１リンク３１
０ａに関節（図示せず）を介して取りつけられる第２リ
ンク３１０ｂと、第２リンク３１０ｂの自由端側に関節
（図示せず）を介して取りつけられるハンド３１０ｃか
らなる。関節は、それぞれ電動モータなどのアクチュエ
ータを内蔵する。

【０２５１】基体３０２の内部には、マイクロコンピュ
ータからなる電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１２が格納
される。基体３０２の重心位置の付近には傾斜センサ
（図示せず）が配置され、Ｚ軸に対する基体３０２の傾
きとその角速度に応じた出力を生じる。車輪３０４のそ
れぞれには加重センサ（図示せず）が配置され、接地面
から４個の車輪３０４にそれぞれ作用する床反力（加
重）Ｆ１，Ｆ２，．．を検出する。

【０２５２】ここで、マウント３０６のＺ軸まわりの回
転角度をθ１、第１リンク３１０ａのＺ軸に対する角度
をθ２、第１リンク３１０ａに対する第２リンク３１０
ｂの相対角度をθ３、第２リンク３１０ｂに対するハン
ド３１０ｃの相対角度をθ４とすると、移動ロボット３
００の目標動作は、θ１からθ４の動作パターンとＺＭ
Ｐで表すことができる。

【０２５３】また、図示の移動ロボット３００の姿勢制
御において、第１リンク３１０ａのＺ軸に対する角度θ
２を制御するものとすると、θ２が第１の実施の形態の
脚式移動ロボット１の目標上体位置に、θ１，θ３，θ
４の組が目標上体姿勢に相当する。また、θ４がハンド
３１０ｃの位置姿勢に相当する。アクティブサスペンシ
ョンを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１２の動
作が第１の実施の形態の図８に示す構成の中の複合コン
プライアンス動作決定部の動作に相当し、加重ＦをＦ１
からＦ４に分配して制御する。

【０２５４】従って、第３の実施の形態において車輪式
の移動ロボット３００について上記のような制御を行う
とき、第１の実施の形態で述べた脚式移動ロボット１の
姿勢制御と同様の効果を得ることができる。

【０２５５】以上のように、第１から第３の実施の形態
に係る移動ロボットの姿勢制御装置にあっては、少なく
とも基体（上体３）と、移動機構（脚部リンク２あるい
は車輪３０４）と、対象物に力を作用することができ
る、少なくとも１個の腕部リンク５（あるいはアーム３
１０）からなる移動ロボット１，３００の姿勢制御装置
において、想定外の外力が作用するとき、前記想定外の
外力の、ある所定方向の成分である第１の外力（目標全
床反力中心点まわりの対象物反力偏差モーメント非操作
方向成分和）に応じ、前記所定方向に直交する方向に前
記腕部リンクに第２の外力（対象物反力平衡制御以外の
手段に要求される対象物反力補償モーメント）が作用す
るように、換言すれば、前記目標全床反力中心点まわり
の対象物反力偏差モーメント非操作方向成分和に基づい
て得られる対象物反力平衡制御以外の手段で平衡をとる
べき対象物反力偏差モーメント和の極性を反転して得ら
れる、即ち、それに直交する対象物反力平衡制御以外の
手段に要求される対象物反力補償モーメント和の極性を
反転して得られる、即ち、それに直交する対象物反力平
衡制御以外の手段に要求される対象物反力補償モーメン
トが作用するように、前記腕部リンクを駆動して、換言
すれば目標値を修正することを必要とせず、前記ロボッ
トの姿勢を安定させるように制御する如く構成した。

【０２５６】また、少なくとも基体（上体３）と、移動
機構（脚部リンク２あるいは車輪３０４）と、対象物に
力を作用することができる、少なくとも１個の腕部リン
ク５（あるいはアーム３１０）からなる移動ロボット
１，３００の姿勢制御装置において、少なくとも前記ロ
ボットの目標腕部リンク位置姿勢（目標ハンド位置姿
勢）と、前記対象物から前記腕部リンクに作用する対象
物反力の目標値である目標対象物反力からなる目標動作
（目標対象物反力あるいは目標位置姿勢）を生成する目
標動作生成手段（目標作業パターン生成器１００）、前
記対象物反力の実際値である実対象物反力（実ハンド
力）を検出あるいは（オブザーバを介して）推定する実
対象物反力検出手段（検出については力センサ５８，荷
重センサ、ＥＣＵ６２，３１２、推定についてはオブザ
ーバ）、少なくとも前記検出あるいは推定された実対象
物反力に基づき、前記ロボットの姿勢が安定するように
前記目標動作を修正する姿勢安定化制御手段（姿勢安定
化メイン制御装置１０６）、および少なくとも前記修正
された目標動作に基づいて前記腕部リンクを駆動する腕
部駆動装置（アクチュエータ９０，９２）を備える如く
構成した。

【０２５７】また、前記姿勢安定化制御手段は、少なく
とも前記実対象物反力と前記目標対象物反力との差を示
す対象物反力偏差（目標全床反力中心点まわりの対象物
反力偏差モーメント非操作方向成分和）に基づき、前記
ロボットの姿勢が安定するように前記目標動作を修正す
る如く構成した。

【０２５８】また、前記姿勢安定化制御手段は、前記対
象物反力偏差の第１の成分（目標全床反力中心点まわり
の対象物反力偏差モーメント非操作方向成分和）によっ
て発生する転倒力の全部あるいは一部を、前記第１の成
分から得られる第２の成分（対象物反力平衡制御以外の
手段に要求される対象物反力補償モーメント）によって
打ち消すように、前記目標動作を修正する如く構成し
た。

【０２５９】また、少なくとも基体（上体３）と、移動
機構（脚部リンク２あるいは車輪３０４）と、対象物に
力を作用することができる、少なくとも１個の腕部リン
ク５（あるいはアーム３１０）からなる移動ロボット
１，３００の姿勢制御装置において、少なくとも前記ロ
ボットの目標腕部リンク位置姿勢（目標ハンド位置姿
勢）と、前記対象物から前記腕部リンクに作用する対象
物反力の目標値である目標対象物反力からなる目標動作
（目標対象物反力あるいは目標位置姿勢）を生成する目
標動作生成手段（目標作業パターン生成器１００）、前
記ロボットの姿勢傾き偏差（上体傾斜角度）を検出し、
前記検出した姿勢傾き偏差、より具体的には検出値に基
づいて算出される姿勢安定化用補償モーメント）が零に
近づくように前記目標動作を修正する姿勢安定化制御手
段（姿勢安定化メイン制御装置１０６）、および少なく
とも前記修正された目標動作に基づいて前記腕部リンク
を駆動する腕部駆動装置（アクチュエータ９０，９２）
を備える如く構成した。

【０２６０】尚、上記において、目標全床反力中心点ま
わりの実対象物反力非操作方向成分和は、実対象物反力
の全ての成分が、目標全床反力中心点まわりに作用する
力の和から、目標全床反力中心点まわりの実対象物反力
操作方向成分和を減じることによって求めても良い。な
ぜなら、目標全床反力中心点まわりの実対象物反力操作
方向成分和と目標全床反力中心点まわりの実対象物反力
非操作方向成分和の和は、実対象物反力の全ての成分
が、目標全床反力中心点まわりに作用する力の和に等し
いからである。

【０２６１】逆に、目標全床反力中心点まわりの実対象
物反力操作方向成分和は、実対象物反力の全ての成分
が、目標全床反力中心点まわりに作用する力の和から、
目標全床反力中心点まわりの実対象物反力非操作方向成
分和を減じることによって求めても良い。

【０２６２】さらには、目標全床反力中心点まわりの対
象物反力操作方向成分和と、目標全床反力中心点まわり
の対象物反力非操作方向成分和に関しても同様の方法で
求めても良い。

【０２６３】また、姿勢安定化メイン制御装置１０６に
おいて、目標対象物反力を修正する代わりに目標ハンド
位置姿勢を変更しても良い。より詳細に説明すると、腕
メイン制御装置１０４は、通常、対象物反力とハンド位
置姿勢を目標値に一致させるように制御することはでき
ないので、対象物反力の制御とハンド位置姿勢の制御に
トレードオフが働き、目標ハンド位置姿勢を変更するだ
けでも実対象物反力が変化する。

【０２６４】従って、このときの目標ハンド位置姿勢の
変更量と実対象物反力の変化の比（即ち腕メイン制御系
のコンプライアンス定数）が分かっていれば、上述の実
施の形態で求められた目標対象物反力の修正量に、その
比を乗じることにより、目標ハンド位置姿勢の修正量を
求めることができるためである。

【０２６５】また、脚式移動ロボットとして２個の脚部
リンクと２個の腕部リンクを備えたヒューマノイドロボ
ットを例にとって説明したが、２個以外の個数の脚部リ
ンクを備えた脚式移動ロボットロボットでも良く、腕部
リンクの個数も１個あるいは３個以上でも良い。

【０２６６】また、脚部リンクであっても、床以外の対
象物に作用するものであれば、腕部リンクとみなして良
い。例えば、昆虫型の６個の脚部リンクを備えたロボッ
トにおいて、頭部側の前の２個の脚部リンクを用いて物
を持ち上げる場合、その脚部リンクを腕部リンクとみな
すことができる。

【０２６７】また、ロボットの動力学的アンバランスを
Ｘ軸方向とＹ軸方向に対する傾きとして説明したが、遊
脚の振りなどに起因するＺ軸まわりのスピンに対しても
同様に適用することができる。

【０２６８】また、上体リンクの曲げやひねりのための
アクチュエータを設けなかったが、それを追加すると
き、上体アクチュエータ制御装置も必要となる。但し、
上体リンクの曲げやひねりは、腕または脚の付け根側に
関節を追加したことと等価であるので、概念上、腕また
は脚のアクチュエータとみなすことができる。即ち、上
体アクチュエータ制御装置は、腕または脚の制御装置の
一部として含まれると考えることができる。

【０２６９】また、腕部リンクの制御に、仮想コンプラ
イアンス制御装置以外の別の手段、例えば、電動アクチ
ュエータを電流指令型のアンプによって制御する手段を
用いて関節トルクを制御し、その結果、間接的に対象物
反力を制御するようにしても良い。その制御にはハンド
に力センサを配置する必要はないが、対象物反力制御装
置用にやはり力センサを設けるのが望ましい。

【０２７０】また、ハンド４０Ｒ（Ｌ）の力センサ５８
の代わりに、関節トルクから実対象物反力を推定する推
定器を腕メイン制御装置に備えても良い。この推定器
は、従来技術である外乱オブザーバーを用いれば良い。

【０２７１】また、目標対象物反力を零に設定しても良
い場合もある。例えば、前記した作業４では手摺りとハ
ンドの間の摩擦がほぼ零であれば、目標対象物反力を零
に設定するのが良い。また、作業２で台車の自在キャス
タ輪の摩擦が不明ならば、目標対象物反力を零に設定す
れば良い。尚、目標対象物反力が常に零である場合で
は、対象物反力偏差は実対象物反力と一致するので、上
記において対象物反力偏差の代えて実対象物反力を用い
ても良い。

【０２７２】また、床が平面でない場合でも、本出願人
が特許平５−３１８８４０号公報で提案した仮想平面を
想定する技術を用い、目標全床反力中心点や目標ＺＭＰ
を仮想平面上に求めることで、適用が可能となる。

【０２７３】また、上記において、ブロック図は演算処
理順序を変えるなど、種々の変形が可能である。

【０２７４】

【発明の効果】請求項１項にあっては、移動ロボットの
姿勢制御装置において、想定外の外力が作用するとき、
想定外の外力の、ある所定方向の成分である第１の外力
に応じ、所定方向に直交する方向に腕部リンクに第２の
外力が作用するように、腕部リンクを駆動して前記ロボ
ットの姿勢を安定させるように制御する如く構成したの
で、移動ロボットが対象物から反力をうけるような作業
を行っているとき、姿勢が不安定になったり、あるいは
対象物から予期せぬ反力を受けても、動バランスを維持
して安定な姿勢を保持することができる。

【０２７５】請求項２項にあっては、移動ロボットの姿
勢制御装置において、少なくともロボットの目標腕部リ
ンク位置姿勢と、対象物から腕部リンクに作用する対象
物反力の目標値である目標対象物反力からなる目標動作
を生成し、対象物反力の実際値である実対象物反力を検
出あるいは推定し、少なくとも検出あるいは推定された
実対象物反力に基づき、ロボットの姿勢が安定するよう
に目標動作を修正し、修正された目標動作に基づいて腕
部リンクを駆動する腕部駆動装置を備える如く構成した
ので、移動ロボットが対象物から反力をうけるような作
業を行っているとき、姿勢が不安定になったり、あるい
は対象物から予期せぬ反力を受けても、動バランスを維
持して安定な姿勢を保持することができる。さらには、
対象物の運動に影響を与えることなく、動バランスを維
持して安定な姿勢を保持することができる。

【０２７６】請求項３項にあっては、少なくとも実対象
物反力と目標対象物反力との差を示す対象物反力偏差に
基づき、ロボットの姿勢が安定するように目標動作を修
正する如く構成したので、上記した効果を一層良く得る
ことができる。

【０２７７】請求項４項にあっては、対象物反力偏差の
第１の成分によって発生する転倒力の全部あるいは一部
を、第１の成分から得られる第２の成分によって打ち消
すように、目標動作を修正する如く構成したので、上記
した効果を一層良く得ることができる。

【０２７８】請求項５項にあっては、移動ロボットの姿
勢制御装置において、少なくともロボットの目標腕部リ
ンク位置姿勢と、対象物から腕部リンクに作用する対象
物反力の目標値である目標対象物反力からなる目標動作
を生成すると共に、ロボットの姿勢傾き偏差を検出し、
検出した姿勢傾き偏差が零に近づくように目標動作を修
正し、修正された目標動作に基づいて腕部リンクを駆動
する如く構成したので、移動ロボットが対象物から反力
をうけるような作業を行っているとき、姿勢が不安定に
なったり、あるいは対象物から予期せぬ反力を受けて
も、動バランスを維持して安定な姿勢を保持することが
できる。さらには、対象物の運動に影響を与えることな
く、動バランスを維持して安定な姿勢を保持することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施の形態に係る移動ロボッ
トの姿勢制御装置が対象とする脚式移動ロボットの正面
図である。

【図２】図１に示すロボットの側面図である。

【図３】図１に示すロボットをスケルトンで示す説明図
である。

【図４】図３に示す電子制御ユニット（ＥＣＵ）などの
構成を詳細に示すブロック図である。

【図５】この発明の一つの実施の形態に係る移動ロボッ
トの姿勢制御装置の構成を示すブロック図である。

【図６】図５に示す装置の目標作業パターン生成器が生
成する歩容における支持脚座標系を示す説明図である。

【図７】図６と同様に、図５に示す装置の目標作業パタ
ーン生成器が生成する歩容における支持脚座標系を示す
説明図である。

【図８】図５に示す装置の内、脚メイン制御装置に適用
される複合コンプライアンス制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図９】図５に示す装置が前提とする原理の説明図であ
る。

【図１０】図９と同様に、図５に示す装置が前提とする
原理の説明図である。

【図１１】図９と同様に、図５に示す装置が前提とする
原理の説明図である。

【図１２】図９と同様に、図５に示す装置が前提とする
原理の説明図である。

【図１３】図９と同様に、図５に示す装置が前提とする
原理の説明図である。

【図１４】図５に示す装置の内、姿勢安定化メイン制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図１５】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、姿勢安定化用モーメント算出器の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１６】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、対象物反力偏差モーメント分離器の構成を示すブロ
ック図である。

【図１７】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、対象物反力平衡制御用分配器の構成を示すブロック
図である。

【図１８】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、対象物反力平衡制御用分配器の構成を示す、図１７
と同様なブロック図である。

【図１９】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、対象物反力平衡制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図２０】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、補償モーメント分配器の構成を示すブロック図であ
る。

【図２１】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の
内、修正目標対象物反力算出器の構成を示すブロック図
である。

【図２２】図５に示す装置の作用および効果を説明する
ために、制御系を対象物反力に注目して変形しつつ簡略
化して示すブロック図である。

【図２３】同様に図５に示す装置の作用および効果を説
明するために、制御系を対象物反力に注目して変形しつ
つ簡略化して示すブロック図である。

【図２４】図１４に示す姿勢安定化メイン制御装置の動
作を説明する説明図である。

【図２５】この発明の第２の実施の形態に係る移動ロボ
ットの姿勢制御装置の構成を示す、図１４と類似する、
姿勢安定化メイン制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２６】この発明の第３の実施の形態に係る移動ロボ
ットの姿勢制御装置の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ロボット（脚式移動ロボッ
ト） ２ 脚部リンク ３ 基体（上体） ５ 腕部リンク １０，１２，１４Ｒ，Ｌ 股関節駆動用電動モータ １６Ｒ，Ｌ 膝関節駆動用電動モータ １８，２０Ｒ，Ｌ 足関節駆動用電動モータ ２２Ｒ，Ｌ 足部（足平） ３０，３２，３４Ｒ，Ｌ 肩関節駆動用電動モータ ３６Ｒ，Ｌ 肘関節駆動用電動モータ ３８Ｒ，Ｌ 手首関節 ４０Ｒ，Ｌ ハンド ６２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ５６ 力センサ（６軸力センサ） ５８ 力センサ（６軸力センサ） ６０ 傾斜センサ ８８ アクチュエータ駆動装置 ９０ 脚アクチュエータ ９２ 腕アクチュエータ １００ 目標作業パターン生成器 １０２ 脚メイン制御装置 １０４ 腕メイン制御装置 １０６ 姿勢安定化メイン制御装置 １０８ 台車（作業対象物（対象
物）） ２００ 姿勢安定化用補償モーメント
算出器 ２０２ 対象物反力平衡制御装置 ２０４ 対象物反力モーメント偏差分
離器 ２０６ 修正目標対象物反力算出器 ２０８ 対象物反力平衡制御用分配器
（分配器） ２１０ 補償モーメント分配器（分配
器） ２１４ 乗算点 ２１５ 加算点 ２１６ 加算点 ３００ ロボット（車輪式の移動ロボ
ット） ３０２ 基体（上体） ３０４ 車輪 ３１０ アーム（腕部リンク） ３１２ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 隆志 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 2C150 BA08 CA01 CA02 CA04 DA02 DA04 DA05 DA24 DA26 DA27 DA28 EB01 EC03 EC15 EC25 EC29 ED10 ED11 ED39 ED42 ED52 EF07 EF09 EF16 EF17 EF22 EF23 EF29 EF33 EF36 3C007 BS27 CS08 KS34 MT05 WA03 WA13 WB06 WB08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも基体と、移動機構と、対象物
   に力を作用することができる、少なくとも１個の腕部リ
   ンクからなる移動ロボットの姿勢制御装置において、想
   定外の外力が作用するとき、前記想定外の外力の、ある
   所定方向の成分である第１の外力に応じ、前記所定方向
   に直交する方向に前記腕部リンクに第２の外力が作用す
   るように、前記腕部リンクを駆動して前記ロボットの姿
   勢を安定させるように制御することを特徴とする移動ロ
   ボットの姿勢制御装置。
2. 【請求項２】 少なくとも基体と、移動機構と、対象物
   に力を作用することができる、少なくとも１個の腕部リ
   ンクからなる移動ロボットの姿勢制御装置において、 ａ．少なくとも前記ロボットの目標腕部リンク位置姿勢
   と、前記対象物から前記腕部リンクに作用する対象物反
   力の目標値である目標対象物反力からなる目標動作を生
   成する目標動作生成手段、 ｂ．前記対象物反力の実際値である実対象物反力を検出
   あるいは推定する実対象物反力検出手段、 ｃ．少なくとも前記検出あるいは推定された実対象物反
   力に基づき、前記ロボットの姿勢が安定するように前記
   目標動作を修正する姿勢安定化制御手段、および ｄ．少なくとも前記修正された目標動作に基づいて前記
   腕部リンクを駆動する腕部駆動装置、 を備えたことを特徴とする移動ロボットの姿勢制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記姿勢安定化制御手段は、少なくとも
   前記実対象物反力と前記目標対象物反力との差を示す対
   象物反力偏差に基づき、前記ロボットの姿勢が安定する
   ように前記目標動作を修正することを特徴とする請求項
   ２項記載の移動ロボットの姿勢制御装置。
4. 【請求項４】 前記姿勢安定化制御手段は、前記対象物
   反力偏差の第１の成分によって発生する転倒力の全部あ
   るいは一部を、前記第１の成分から得られる第２の成分
   によって打ち消すように、前記目標動作を修正すること
   を特徴とする請求項３項記載の移動ロボットの姿勢制御
   装置。
5. 【請求項５】 少なくとも基体と、移動機構と、対象物
   に力を作用することができる、少なくとも１個の腕部リ
   ンクからなる移動ロボットの姿勢制御装置において、 ａ．少なくとも前記ロボットの目標腕部リンク位置姿勢
   と、前記対象物から前記腕部リンクに作用する対象物反
   力の目標値である目標対象物反力からなる目標動作を生
   成する目標動作生成手段、 ｂ．前記ロボットの姿勢傾き偏差を検出し、前記検出し
   た姿勢傾き偏差が零に近づくように前記目標動作を修正
   する姿勢安定化制御手段、および ｃ．少なくとも前記修正された目標動作に基づいて前記
   腕部リンクを駆動する腕部駆動装置、 を備えたことを特徴とする移動ロボットの姿勢制御装
   置。